Naukowcy z Uniwersytetu Nauki i Technologii Króla Abdullaha w Arabii Saudyjskiej, Uniwersytetu w Toronto, Uniwersytetu Bolońskiego oraz Instytutu Technologii w Karlsruhe (Niemcy) opracowali dwustronne tandemo ogniwo fotowoltaiczne z zastosowanie perowskitu i krzemu. Ogniwo jest wielowarstwowe, z górnym warstwą typu p-i-n.

Naukowcy tłumaczą, że w celu zwiększenia funkcji dwustronnych, tylne złącza i ogniwa zostały zoptymalizowane pod kątem większego wskaźnika albedo, przy jednoczesnym zachowaniu dobrych właściwości elektronicznych. Zastosowano również nową technologię osadzania ogniw perowskitowych, by zachować lepszą kontrolę parametrów elektrycznych. Jeden z badaczy, Michele De Bastiani powiedział w rozmowie z PV Magazine, że wszystkie pozostałe warstwy są osadzane metodą próżniową, zgodnie z normami przemysłowymi.

Naukowcy zwrócili uwagę na przerwy energetyczne poszczególnych materiałów użytych do budowy innowacyjnego ogniwa. W przypadku materiału perowskitowego, który został użyty do budowy ogniwa zidentyfikowano pięć przerw energetycznych: 1,59, 1,62, 1,65, 1,68 i 1,7 eV. Osiągnięto to poprzez zmianę stosunku jodku do bromku w kryształach perowskitu. Spowodowało to wyższe napięcie w obwodzie otwartym.

– Gęstość prądu zwarciowego w tandemie osiąga swoje maksimum przy przerwie energetycznej perowskitu wynoszącej 1,68 eV, co odpowiada optymalnemu dopasowaniu energii między podogniwami konwencjonalnych tandemów. Skutkuje to wydajnością konwersji energii na poziomie 25,2 proc. – tłumaczą naukowcy.

Przy przerwie energetycznej perowskitu mniejszej niż 1,68 eV naukowcy mogli wykorzystać albedo do zrekompensowania braku fotonów w krzemowej warstwie ogniwa.

Naukowcy przeanalizowali działanie zarówno konwencjonalnej, jak i dwustronnej wersji wynalazku przy trzech różnych wskaźnikach albedo, na których składa się beton, syntetyczna trawa i białe tło. Ogniwo bifacjalne radziło sobie lepiej niż jej monofacjalny odpowiednik we wszystkich warunkach, zwłaszcza w przypadku betonu. Naukowcy testowali również dwa rodzaje ogniw przez tydzień w Arabii Saudyjskiej i Niemczech, aby zbadać ich działanie w różnych regionach klimatycznych.

Przeprowadzono również symulacje wydajności energetycznej, aby ocenić działanie ogniw tandemowych mono- i bifacjalnych dla różnych pasm wzbronionych perowskitów i warunków albedo. Naukowcy postawili na realistyczne warunki zewnętrzne w miejscowościach reprezentujących dwa różne klimaty – w Phoenix i Seattle. Pomiary wykazały, że urządzenia bifacjalne miały uzysk mocy niż w przypadku ogniw monofacjalnych, który był o 32 proc. wyższy w Seattle i 37 proc. wyższy w Phoenix.

PV Magazine/Nature

 

Redakcja GLOBEnergia