TNO, TU Eindhoven, imec i TU Delft – partnerzy w Solliance – połączyli siły, aby jeszcze bardziej zwiększyć wydajność konwersji tandemowych ogniw słonecznych poza ograniczenia dzisiejszych komercyjnych modułów fotowoltaicznych (PV). Po raz pierwszy czterozaciskowe tandemowe urządzenia perowskitowo-krzemowe z certyfikowaną górną komórką przekraczają barierę 30%. Tak wysoka sprawność zapewnia większą moc z 1 m2 i niższy koszt kWh.
Ponadto osiągnięcie wysokiej gęstości mocy stworzy więcej możliwości integracji tych ogniw z elementami konstrukcyjnymi i budowlanymi, dzięki czemu tę samą powierzchnię można pokryć modułami fotowoltaicznymi o większej mocy. Przełamanie bariery 30% jest zatem dużym krokiem w przyspieszeniu transformacji energetycznej i poprawie bezpieczeństwa energetycznego poprzez zmniejszenie zależności od paliw kopalnych.
Wynik został zaprezentowany podczas 8. Światowej Konferencji Konwersji Energii Fotowoltaicznej (WCPEC-8) w Mediolanie i został osiągnięty poprzez połączenie powstającego perowskitowego ogniwa PV z konwencjonalnymi technologiami krzemowych ogniw fotowoltaicznych. Ogniwo perowskitowe, które posiada przezroczyste styki i jest częścią stosu tandemowego (warstw w ogniwie tandemowym), zostało niezależnie certyfikowane.
Najlepsze z obu światów
Urządzenia tandemowe mogą osiągnąć wyższą wydajność niż ogniwa słoneczne z pojedynczym złączem dzięki lepszemu wykorzystaniu widma słonecznego. Obecnie powstające tandemy łączą komercyjną technologię krzemową dla urządzenia dolnego (płytki krzemowej) z technologią perowskitu. Ta ostatnia charakteryzuje się wysoce wydajną konwersją światła ultrafioletowego i widzialnego oraz doskonałą przezroczystością na światło bliskie podczerwieni. W czterozaciskowych (4T) urządzeniach tandemowych ogniwa górne i dolne działają niezależnie od siebie, co umożliwia zastosowanie różnych ogniw dolnych w tego typu urządzeniach. Komercyjną technologię PERC, a także technologie premium, takie jak heterozłącze lub TOPCon, lub technologię cienkowarstwową taką jak CIGS, można wdrożyć w urządzeniu tandemowym 4T bez żadnych modyfikacji ogniw słonecznych.
Naukowcy z Holandii i Belgii z powodzeniem poprawili wydajność półprzezroczystych ogniw perowskitowych o powierzchni 3 × 3 mm2 do 19,7%, zgodnie z certyfikatem ESTI (Włochy). – Ten rodzaj ogniwa słonecznego charakteryzuje się bardzo przezroczystym tylnym stykiem, który umożliwia dotarcie ponad 93% bliskiej podczerwieni do dolnego urządzenia. Wydajność tę osiągnięto poprzez optymalizację wszystkich warstw półprzezroczystych perowskitowych ogniw słonecznych przy użyciu zaawansowanych symulacji optycznych i elektrycznych jako przewodnika w pracach eksperymentalnych w laboratorium – mówi Mehrdad Najafi z TNO. – Urządzenie krzemowe to heterozłączowe ogniwo słoneczne o wymiarach 20 × 20 mm ze zoptymalizowaną pasywacją powierzchni, przezroczystymi przewodzącymi tlenkami i pokrytymi miedzią stykami przednimi, które zapewniają najnowocześniejszą ekstrakcję nośników – mówi Yifeng Zhao, doktorant z TU Delft. Urządzenie krzemowe optycznie ułożone pod perowskitem przyczynia się z 10,4% punktami wydajności do całkowitej konwersji energii słonecznej. Łącznie 30,1% to sprawność konwersji tych urządzeń tandemowych 4T niedopasowanych obszarowo, działających niezależnie. Najlepsza na świecie wydajność mierzona jest zgodnie z ogólnie przyjętymi procedurami.
Przyszłość czterech terminalowych tandemowych modułów fotowoltaicznych
to nie wszystko. Połączenie tego wysoce przezroczystego ogniwa perowskitowego z innymi technologiami opartymi na krzemie, takimi jak kontakt tylny oraz ogniwa słoneczne TOPCon, również zapewnia wydajność konwersji sięgającą 30%. Pokazuje to potencjał wysoce przezroczystych perowskitowych ogniw słonecznych i ich elastyczność w połączeniu z już skomercjalizowanymi technologiami.
Te najlepsze na świecie wydajności uzyskane w wielu dotychczasowych technologiach to kolejny kamień milowy w kierunku przemysłowego wdrożenia materiałów perowskitowych. – Teraz znamy składniki i jesteśmy w stanie kontrolować warstwy, które są potrzebne do osiągnięcia ponad 30% wydajności. Po połączeniu z wiedzą na temat skalowalności zebraną w ciągu ostatnich lat w celu wprowadzenia materiałów i procesów na duży obszar, możemy skoncentrować się z naszymi partnerami przemysłowymi na tym, aby wprowadzić tę technologię o wydajności przekraczającej 30% do masowej produkcji – mówi Gianluca Coletti, kierownik programu „Tandem – technologia i zastosowanie PV” w TNO.
Zdjęcie główne: Wydajność osiągnięto dzięki połączeniu ogniwa słonecznego z perowskitu z konwencjonalnymi technologiami krzemowych ogniw słonecznych. Zdjęcie: Niels van Loon
Od lewej do prawej: Yifeng Zhao (TU Delft), Mehrdad Najafi (TNO), Valerio Zardetto (TNO), Dong Zhang (TNO). Zdjęcie: Niels van Loon
Źródło: Politechnika w Delft, Holandia Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
