...

Tandemowe, w pełni skalowalne moduły fotowoltaiczne perowskit-perowskit

2 sierpnia 2022
Tandemowe, w pełni skalowalne moduły fotowoltaiczne perowskit-perowskit

Naukowcy z Instytutu Technologii w Karlsruhe (KIT) opracowali prototyp w pełni skalowalnych tandemowych modułów słonecznych z dwóch warstw perowskitowych. Moduły te mają wydajność do 19,1 % na powierzchni apertury 12,25 cm2. Osiągnięcie najlepszego wyniku wydajności na całym świecie, było możliwe dzięki poprawie ukierunkowanego zarządzania światłem, wysokowydajnej strukturze laserowej i zastosowaniu przemysłowych procesów powlekania. Naukowcy zaprezentowali swoje wyniki 07 lipca br. w czasopiśmie Nature Energy.

Powszechnie dostępne, w ogromnej ilości światło słoneczne odgrywa kluczową rolę dla przejścia z kopalnych na odnawialne źródła energii oraz osiągnięcie przez ludzkość niezależności energetycznej. Ogniwo słoneczne zamienia światło bezpośrednio na energię elektryczną. W ostatnich latach ogniwa wykonane z półprzewodników perowskitowych okazały się szczególnie obiecujące dzięki ich wysokiej wydajności i niskim kosztom produkcji. Pomimo ogromnego rozwoju technologii, wydajność pojedynczego ogniwa perowskitu jest ograniczona. Ograniczenie to można przezwyciężyć, układając warstwowo dwa ogniwa słoneczne o różnych pasmach energetycznych. Pasmo wzbronione jest właściwością materiału, która określa część widma światła, którą ogniwo słoneczne pochłania w celu wytworzenia energii elektrycznej.

Układanie warstwowe zwiększa wydajność

Tandemowe (dwuwarstwowe) ogniwa słoneczne wykorzystują szerszą część widma światła i dostarczają więcej prądu, dzięki czemu oferują wyższą wydajność. Ogniwa perowskitowe z przestrajalną przerwą energetyczną są idealnymi partnerami tandemowymi dla ogniw fotowoltaicznych wykonanych z różnych materiałów, a także dla tandemowych ogniw słonecznych perowskit-perowskit. Charakteryzują się one opłacalną produkcją, przetwarzaniem w procesach opartych na powszechnie dostępnych rozwiązaniach, elastycznością mechaniczną i swobodą łączenia różnych pojedynczych ogniw z różnymi pasmami energetycznymi perowskitu. Badania zakładają, że tandemowe moduły słoneczne perowskit-perowskit zdobędą w przyszłości duże udziały w rynku, pod warunkiem, że spełnią wymagania dotyczące stabilności i skalowalności dla produkcji masowej.

Skalowalne tandemowe moduły fotowoltaiczne wykonane w całości z perowskitu o sprawności 19,1%

Wydział profesora Ulricha W. Paetzolda w Instytucie Technologii Mikrostruktury i Instytucie Technologii Światła KIT opracował prototyp do skalowania wysoce wydajnych tandemowych modułów słonecznych perowskit-perowskit. Naukowcom udało się przeskalować pojedyncze ogniwa perowskitu o wydajności do 23,5 % i powierzchni apertury 0,1 cm2 do tandemowych modułów słonecznych perowskit-perowskit o wydajności do 19,1 % i powierzchni apertury 12,25 cm2. Obszar apertury to użyteczna część obszaru, która nie jest pokryta elektrodami, ramkami ani osprzętem. Przy zwiększaniu skali utrata wydajności jest stosunkowo niewielka i wynosi około 5 %. To najlepszy światowy wynik tandemowego modułu słonecznego z perowskitu.

Trzy główne innowacje

Niezwykły wynik opiera się na trzech głównych innowacjach. Naukowcy z KIT zwiększyli wydajność poprzez ukierunkowane zarządzanie światłem, tj. optymalizację ścieżki światła i redukcję odbić w architekturze ogniw słonecznych. Zrealizowali wydajny układ tandemowych modułów słonecznych z wykorzystaniem wysokoprzepustowego wzorcowania laserowego, co umożliwia produkcję funkcjonalnych tandemowych minimodułów słonecznych z paskami ogniw połączonymi ze sobą na dwóch biegunach. Wreszcie naukowcy wykorzystali metody powlekania, takie jak rakle i osadzanie próżniowe, które są już powszechnie stosowane w branży.

Źródło: Karlsruhe Institute of Technology
Zdjęcie: Dr Bahram Abdollahi Nejand, KIT, grafika: Nature Energy.

Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika