Celule solare tandem de perovskit / siliciu la pragul magic de 30% eficiență

Structura schematică a stivei tandem de celule solare în 3D. Credit: Eike Koehnen / HZB

Actualul record mondial, celula solară tandem asigură performanțe constante timp de 300 de ore – chiar și fără încapsulare.

O echipă HZB a publicat un raport în revista Science cu privire la dezvoltarea recordului său mondial actual cu o eficiență de 29,15% pentru o celulă solară tandem din perovskit și siliciu. Celula tandem a asigurat performanțe stabile timp de 300 de ore – chiar și fără încapsulare. Pentru a realiza acest lucru, grupul condus de Prof. Steve Albrecht a investigat procesele fizice la interfețe pentru a îmbunătăți transportul transportatorilor de marfă.

Celulele solare formate din doi semiconductori cu goluri de benzi diferite pot obține o eficiență mult mai mare atunci când sunt utilizate împreună comparativ cu celulele individuale. Acest lucru se datorează faptului că celulele tandem utilizează spectrul solar mai eficient. În special, celulele solare convenționale din siliciu transformă în principal componentele luminii infraroșii în mod eficient în electricitate, în timp ce anumiți compuși perovskiti pot utiliza în mod eficient componentele vizibile ale razelor solare, făcând din aceasta o combinație puternică. .

Nou record 29,15%

La începutul anului 2020, o echipă condusă de Prof. Steve Albrecht de la HZB a depășit recordul mondial anterior pentru celulele solare tandem din perovskit și siliciu (28,0%, Oxford PV), stabilind un nou record mondial de 29,15%. În comparație cu cea mai înaltă eficiență certificată și publicată științific (26,2% în DUI: 10,1126 / science.aba3433), acesta este un pas uriaș înainte. Noua valoare este certificată în Fraunhofer ISE și listată pe graficul NREL. Acum, rezultatele sunt publicate în jurnal ştiinţă cu o explicație detaliată a procesului de fabricație și a fizicii de bază.

Performanță stabilă peste 300 de ore

„Eficiența de 29,15% nu este doar un record pentru această tehnologie, ci este în fruntea întregii categorii PV emergente în graficul NREL”, spune Eike Köhnen, doctorand în echipa Albrecht și autor principal al studiului. În plus, noua celulă de perovskit / siliciu se caracterizează printr-o performanță stabilă de peste 300 de ore sub expunere continuă la aerul simulat și la lumina soarelui fără protecție împotriva încapsulării. Echipa a folosit o compoziție complexă de perovskit cu o distanță de bandă de 1,68 eV și s-a concentrat pe optimizarea interfeței substratului.

Util: monostrat autoasamblat

Cu parteneri din Lituania (grupul Prof. Vytautas Getautis) au creat un strat intermediar de molecule organice care sunt reglementate autonom într-un strat auto-asamblat (SAM). Acesta a constat dintr-o nouă moleculă pe bază de carbază cu substituție de grup metil (Me-4PACz). Acest SAM a fost aplicat pe electrod și a facilitat fluxul purtătorilor de sarcină electrică. „Am pregătit mai întâi patul perfect, ca să spunem așa, pe care se află Perovskitul”, spune Amran Al-Ashouri, care este, de asemenea, membru al echipei Albrecht și autorul principal al studiului.

Factor de finalizare optimizat

Cercetătorii au folosit apoi o serie de metode de investigație complementare pentru a analiza diferitele procese la interfețele dintre perovskit, SAM și electrod: „În special, am optimizat ceea ce se numește factorul de încărcare, care este afectat de cât de mulți purtători de sarcină pierd la plecare celula superioară a perovskitului ”, explică Al-Ashuri. Pe măsură ce electronii curg în direcția soarelui prin stratul C60, „găurile” se deplasează în direcția opusă prin stratul SAM către electrod. „Cu toate acestea, am observat că extracția găurilor este mult mai lentă decât extracția electronului, ceea ce a limitat factorul de încărcare”, spune Al-Ashuri. Cu toate acestea, noul strat SAM a accelerat semnificativ transportul găurilor și, în același timp, contribuie la îmbunătățirea stabilității stratului Perovskite.

Combinație de metode

Printr-o combinație de spectroscopie de fotoluminescență, modelare, caracterizare electrică și măsurători de conductivitate terahertz, a fost posibil să se distingă diferite procese la interfața materialului Perovsk și să se determine originea pierderilor semnificative.

Colaborările ca cheie a succesului

Mulți parteneri au fost implicați în proiect, inclusiv Kaunas / Universitatea de Tehnologie din Lituania, Universitatea din Potsdam, Universitatea din Ljubljana / Slovenia, Universitatea din Sheffield / MB, precum și Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), HTW Berlin și Technische Universität Berlin, unde Albrecht deține un profesor junior. Lucrările pe celule individuale de perovskit și siliciu au avut loc în laboratoarele HZB HySPRINT și, respectiv, PVcomB. „Fiecare partener și-a adus propria expertiză unică în proiect, așa că am reușit să facem acest progres împreună”, spune Albrecht. Eficiența maximă posibilă este deja realizabilă: cercetătorii au analizat cele două celule individual și au calculat o eficiență maximă posibilă de 32,4% pentru acest design. „Cu siguranță putem ajunge la peste 30%”, spune Albrecht.

Referință: „Celulă solară monolită perovskită / siliciu cu eficiență> 29% din extracția găurilor expandate” de Amran Al-Ashouri, Eike Köhnen, Bor Li, Artiom Magomedov, Hannes Hempel, Pietro Caprioglio, José A. Márquez, Anna Belen Mora Vilches, Ernestas Kasparavicius, Joel A. Smith, Nga Phung, Dorothee Menzel, Max Grischek, Lukas Kegelmann, Dieter Skroblin, Christian Gollwitzer, Tadas Malinauskas, Marko Jošt, Gašper Matic, Bernd Rech, Rutger Schlatmann, Marko Topic, L Bernd Stannowski, Dieter Neher, Martin Stolterfoht, Thomas Unold, Vytautas Getautis și Steve Albrecht, 11 decembrie 2020, ştiinţă.
DOI: 10.1126 / science.abd4016

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ingineria interfeței limită între materialele 2D și 3D

din David L. Chandler, Institutul de Tehnologie din Massachusetts 2 martie 2021 Aceste imagini ale „insulelor” atomilor de aur depuse într-un strat bidimensional de sulfură de...

Cipul microfluidic simplifică testarea COVID-19, oferă rezultate pe un telefon în 55 de minute sau mai puțin

Nanobeads programate sunt asociate cu un telefon mobil exterior și instrumentul de diagnosticare plug-in poate diagnostica COVID-19 în 55 de minute sau mai puțin,...

O mușcătură puternică, mortală, foarte rapidă a unei furnici Trap-maxilar

Micile schimbări de formă pot duce la inovații în funcție, arată un nou studiu. Cercetătorii au dezvăluit modul în care o capcană de furnici -...

Recenziile școlare parentale sunt legate de indicatorii demografici și rezultatele testelor, nu de performanța școlară

Comentariile părinților au reflectat diferențele dintre rasă și venituri în școlile publice de K-12. Prima analiză a comentariilor părinților despre școlile publice din K-12 din...

Un aisberg masiv – de 10 ori mai mare decât San Francisco – rupe raftul principal de gheață din Antarctica

Noile imagini radar captate de misiunea Copernicus Sentinel-1 arată o aisberg de 1.270 km² care se relaxează și se îndepărtează rapid de raftul de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.