Тонкопленочная фотоэлектрическая технология сочетает в себе эффективность и универсальность

Прочитано: 785 раз(а)


Укладка солнечных батарей увеличивает их эффективность. Работая с партнерами по проекту PERCISTAND, исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) произвели тандемные солнечные элементы из перовскита/CIS с эффективностью почти 25% — это самый высокий показатель, достигнутый на сегодняшний день с помощью этой технологии. Кроме того, эта комбинация материалов легкая и универсальная, что позволяет предусмотреть использование этих тандемных солнечных элементов в транспортных средствах, портативном оборудовании и устройствах, которые можно складывать или сворачивать. Исследователи представляют свои результаты в журнале ACS Energy Letters.

Перовскитные солнечные элементы добились поразительного прогресса за последнее десятилетие. Их эффективность теперь сравнима с давно зарекомендовавшими себя кремниевыми солнечными элементами. Перовскиты — инновационные материалы с особой кристаллической структурой. Исследователи во всем мире работают над подготовкой перовскитной фотоэлектрической технологии к практическому применению. Чем больше электроэнергии они производят на единицу площади поверхности, тем привлекательнее солнечные батареи для потребителей.

Эффективность солнечных батарей можно увеличить, если сложить две или более ячеек. Если каждый из сложенных солнечных элементов особенно эффективно поглощает свет из разных частей солнечного спектра, собственные потери можно уменьшить, а эффективность повысить. Эффективность — это мера того, сколько падающего света преобразуется в электричество. Благодаря своей универсальности солнечные элементы из перовскита являются отличными компонентами для таких тандемов. Тандемные солнечные элементы с использованием перовскитов и кремния достигли рекордного уровня эффективности более 29%, что значительно выше, чем у отдельных элементов из перовскита (25,7%) или кремния (26,7%).

Сочетание перовскитов с CIS для мобильности и гибкости

Сочетание перовскитов с другими материалами, такими как диселенид меди-индия (CIS) или диселенид меди-индия-галлия (CIGS), обещает дополнительные преимущества. Такие комбинации позволят производить легкие и гибкие тандемные солнечные элементы, которые можно устанавливать не только на зданиях, но и на транспортных средствах и портативном оборудовании. Такие солнечные элементы можно даже складывать или сворачивать для хранения и при необходимости удлинять, например, на жалюзи или навесы, чтобы одновременно создавать тень и вырабатывать электричество.

Международная группа исследователей во главе с доктором Марко А. Руис-Пречиадо и профессором Ульрихом В. Паецольдом из Института технологии света (LTI) и Института технологии микроструктуры (IMT) в KIT успешно произвела перовскит/CIS. тандемные солнечные элементы с максимальным КПД 24,9% (сертифицировано 23,5%). «Это самая высокая заявленная эффективность для этой технологии и первый высокий уровень эффективности, достигнутый при использовании почти не содержащего галлия солнечного элемента из диселенида меди-индия в тандеме», — говорит Руис-Пресиадо. Уменьшение количества галлия приводит к узкой запрещенной зоне примерно в один электрон-вольт (эВ), что очень близко к идеальному значению 0,96 эВ для нижнего солнечного элемента в тандеме.

Солнечные элементы CIS с узкой запрещенной зоной: солнечные элементы на основе перовскита с низким содержанием брома

Ширина запрещенной зоны — это характеристика материала, определяющая часть солнечного спектра, которую солнечный элемент может поглощать для выработки электроэнергии. В монолитном тандемном солнечном элементе ширина запрещенной зоны должна быть такой, чтобы два элемента могли производить одинаковые токи для достижения максимальной эффективности. Если ширина запрещенной зоны нижней ячейки изменяется, ширина запрещенной зоны верхней ячейки должна быть скорректирована в соответствии с изменением, и наоборот.

Для настройки ширины запрещенной зоны для эффективного тандемного интегрирования обычно используют перовскиты с высоким содержанием брома. Однако это часто приводит к перепадам напряжения и фазовой нестабильности. Поскольку исследователи из KIT и их партнеры используют солнечные элементы CIS с узкой запрещенной зоной в основе своих тандемов, они могут производить свои верхние элементы, используя перовскиты с низким содержанием брома, что приводит к более стабильным и эффективным элементам.

«Наше исследование демонстрирует потенциал тандемных солнечных элементов из перовскита и СНГ и закладывает основу для дальнейшего развития с целью дальнейшего повышения их эффективности», — говорит Паецольд. «Мы достигли этой вехи благодаря выдающемуся сотрудничеству в рамках проекта ЕС PERCISTAND и, в частности, благодаря нашему тесному сотрудничеству с Нидерландской организацией прикладных научных исследований». Важная основа была проделана в рамках проекта CAPITANO, финансируемого Федеральным министерством экономики и борьбы с изменением климата Германии (BMWK).

Тонкопленочная фотоэлектрическая технология сочетает в себе эффективность и универсальность



Новости партнеров