Μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής την καθηγήτρια Anita Ho-Baillie, την έδρα John Hooke Nanoscience στο Πανεπιστήμιο του Σίδνεϋ στην Αυστραλία, σημείωσε νέο ρεκόρ ηλιακής τεχνολογίας για το μεγαλύτερο ηλιακό κύτταρο τριπλού-junction perovskite-perovskite-πυριτίου σε σειρά στον κόσμο.
Τα 16 εκατοστά τους2Η τριπλή-κυψέλη διακλάδωσης διαθέτει σταθερή-απόδοση μετατροπής ισχύος 23,3% (ανεξάρτητη πιστοποίηση), η οποία είναι η υψηλότερη που έχει αναφερθεί για μια συσκευή μεγάλης-περιοχής του είδους της. Η ομάδα της δημιούργησε επίσης ένα 1 εκ2κυψέλη με απόδοση 27,06%, η οποία καθιέρωσε νέα πρότυπα θερμικής σταθερότητας (δείτε βίντεο).
Η ώθηση για κέρδη απόδοσης οφείλεται στο "μεγαλύτερο περιθώριο απόδοσης μετατροπής ισχύος-επειδή το θεωρητικό όριο απόδοσης για μια τριπλή διασταύρωση είναι ~51%, ενώ για μια διπλή διασταύρωση είναι περίπου 45%," λέει ο Ho-Baillie, ο οποίος είναι επίσης συνδεδεμένος με το Net Institutero's University of Syneyro. "Μια μεμονωμένη διασταύρωση είναι 33% εάν το διάκενο της ηλιακής κυψέλης δεν είναι περιορισμένο, αλλά μόνο 30% για το πυρίτιο."
Τα διπλά ηλιακά κύτταρα πολλαπλών συνδέσεων περιλαμβάνουν τη στοίβαξη ηλιακών κυψελών με διαφορετικά διάκενα ζώνης-με το υψηλότερο στην πλευρά του ήλιου-να βλέπει-για να επιτρέπεται σε κάθε στοιχείο να μετατρέπει τμήματα του ηλιακού φάσματος σε ηλεκτρική ενέργεια πιο αποτελεσματικά και να ελαχιστοποιεί τις απώλειες υπο-κενού ζώνης και θερμοποίησης.
"Σε μια κυψέλη δύο-διασταύρωσης, για παράδειγμα, η άνω ευρεία-διασταύρωση ζώνης μετατρέπει υψηλότερη ενέργεια φωτονίων σε ηλεκτρική ενέργεια και το κάνει πιο αποτελεσματικά από μια διασταύρωση στενότερου διακενού ζώνης-που μειώνει την απώλεια θερμοποίησης", εξηγεί ο Ho-Baillie. "Το φωτόνιο χαμηλότερης-ενέργειας διέρχεται από την επάνω ευρεία-διασταύρωση με διάκενο ζώνης και θα απορροφηθεί από την κάτω διασταύρωση με στενότερο διάκενο ζώνης για μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας. Εάν η κάτω διασταύρωση δεν ήταν εκεί, τέτοια φωτόνια χαμηλότερης-ενέργειας έχουν ως αποτέλεσμα απώλεια μη απορρόφησης υπο-κενού ζώνης."
Οπτικά σχέδια
Για την απεικόνιση των οπτικών σχεδίων που εμπλέκονται, οι δύο κορυφαίες διασταυρώσεις περοβσκίτη της ομάδας διασυνδέονται ηλεκτρικά μέσω νανοσωματιδίων χρυσού. "Χρησιμοποιήσαμε οπτική μοντελοποίηση για να προσομοιώσουμε την επίδραση της κάλυψης νανοσωματιδίων στην οπτική απώλεια και ηλεκτρική μοντελοποίηση για την προσομοίωση της ωμικής επαφής που δημιουργείται από το νανοσωματίδιο", εξηγεί ο Ho-Baillie. «Επιτυγχάνεται ισορροπία όταν υπάρχει επαρκής αριθμός νανοσωματιδίων για ελάχιστη οπτική απώλεια χωρίς να διακυβεύεται η ηλεκτρική απόδοση».
Η ομάδα του Ho-Baillie βελτίωσε επίσης τη σταθερότητα και την απόδοση της διασταύρωσης περοβσκίτη ευρείας ζώνης (1,91-eV) «αντικαθιστώντας το ρουβίδιο με το λιγότερο σταθερό μεθυλαμμώνιο στον περοβσκίτη και αντικαθιστώντας το διχλωριούχο πιπεραζίνιο (PDCI) με το λιγότερο σταθερό στρώμα διέλευσης λιθίου, όπως λέει η επιφάνεια του λιθίου.
Η επιμονή του Χο-Μπέιλι να θέλει να οπτικοποιήσει τον εξαιρετικά λεπτό χρυσό απέδωσε πραγματικά. «Πρέπει να υπάρχει μια κρίσιμη ποσότητα χρυσού για να σχηματιστούν συμπλέγματα για να γίνουν πρώτα ένα ημισυνεχές φιλμ», λέει. "Περισσότερος χρυσός θα επιτρέψει την ανάπτυξη μιας συνεχούς μεμβράνης. Κάτω από την κρίσιμη ποσότητα "συστάδας", ο χρυσός θα έχει τη μορφή νανοσωματιδίων. Αυτό που κάνει τα ευρήματά μας ενδιαφέροντα είναι ότι οι μεμβράνες-συνεχείς ή μη συνεχείς-δεν απαιτούνται για τη σύνδεση δύο διασταυρώσεων. Τα νανοσωματίδια, αν και απομονωμένα, είναι επαρκή για την ωμική{5}μεταφορική επαφή{8} ελαχιστοποιώντας τις οπτικές απώλειες».
Τι σημαίνει αυτό το ρεκόρ αποτελεσματικότητας για το πεδίο; "Η επίδειξη μας παρέχει πληροφορίες για σημαντικές ιδιότητες υλικού για μελλοντικές βελτιώσεις στην απόδοση", λέει ο Ho-Baillie. "Η ανάλυση απώλειας παρέχει επίσης συστάσεις για μελλοντικές βελτιώσεις απόδοσης-τόσο για συσκευές μικρής- όσο και για μεγάλες-περιοχές. Επόμενο: Τριπλή διασταύρωση 30%, με ώθηση προς το 40%.
Το έργο της ομάδας περιελάμβανε εταίρους από την Κίνα, τη Γερμανία και τη Σλοβενία και έλαβε υποστήριξη από την Αυστραλιανή Υπηρεσία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας και το Αυστραλιανό Ερευνητικό Συμβούλιο.
