Solceller, der kombinerer silicium med perovskit, har opnået rekordeffektivitet på 25,2 procent

Inden for fotovoltaiske teknologier, siliciumbaserede solceller udgør 90 procent af markedet. Med hensyn til omkostninger, stabilitet og effektivitet (20-22 procent for en typisk solcelle på markedet), de er langt foran konkurrenterne.

Imidlertid, efter årtiers forskning og investering, siliciumbaserede solceller er nu tæt på deres maksimale teoretiske effektivitet. Som resultat, der er behov for nye koncepter for at opnå en langsigtet reduktion af solenergipriserne og gøre det muligt for solcelleteknologi at blive en mere udbredt måde at producere strøm på.

En løsning er at placere to forskellige typer solceller oven på hinanden for at maksimere omdannelsen af ​​lysstråler til elektrisk strøm. Disse "dobbeltkrydsende" celler forskes bredt i det videnskabelige samfund, men er dyre at lave. Nu, forskerhold i Neuchâtel-fra EPFL's Photovoltaics Laboratory og CSEM PV-center-har udviklet en økonomisk konkurrencedygtig løsning. De har integreret en perovskitcelle direkte oven på en standard siliciumbaseret celle, opnå en rekordeffektivitet på 25,2 procent. Deres produktionsmetode er lovende, fordi det kun ville tilføje nogle få ekstra trin til den nuværende siliciumcelleproduktionsproces, og prisen ville være rimelig. Deres forskning er blevet offentliggjort i Naturmaterialer .

Perovskite-on-silicium:en nanometrisk sandwich

Perovskites unikke egenskaber har foranlediget en hel del forskning i dets anvendelse i solceller i løbet af de sidste par år. I løbet af ni år, effektiviteten af ​​disse celler er steget med en faktor seks. Perovskite gør det muligt at opnå høj konverteringseffektivitet til en potentielt begrænset produktionsomkostning.

I tandemceller, perovskit supplerer silicium. Det konverterer blåt og grønt lys mere effektivt, mens silicium er bedre til at konvertere rødt og infrarødt lys. "Ved at kombinere de to materialer, vi kan maksimere brugen af ​​solspektret og øge mængden af ​​genereret strøm. De beregninger og det arbejde, vi har lavet, viser, at en effektivitet på 30 procent snart burde være mulig, " siger undersøgelsens hovedforfattere Florent Sahli og Jérémie Werner.

Imidlertid, at skabe en effektiv tandemstruktur ved at overlejre de to materialer er ingen nem opgave. "Silicons overflade består af en række pyramider, der måler omkring 5 mikron, som fanger lys og forhindrer det i at blive reflekteret. Imidlertid, overfladestrukturen gør det svært at deponere en homogen film af perovskit, " forklarer Quentin Jeangros, der var medforfatter til avisen.

Når perovskitten aflejres i flydende form, som det plejer, det akkumuleres i dalene mellem pyramiderne, mens toppene efterlades afdækket, fører til kortslutninger.

Et nøglelag, der sikrer en optimal mikrostruktur

Forskere ved EPFL og CSEM er kommet uden om det problem ved at bruge fordampningsmetoder til at danne et uorganisk basislag, der fuldt ud dækker pyramiderne. Det lag er porøst, sætter det i stand til at tilbageholde den flydende organiske opløsning, der derefter tilsættes ved hjælp af en tyndfilmsudfældningsteknik kaldet spin-coating. Forskerne opvarmer efterfølgende substratet til en relativt lav temperatur på 150°C for at krystallisere en homogen film af perovskit oven på siliciumpyramiderne.

"Indtil nu, standardmetoden til fremstilling af en perovskit/silicium tandemcelle var at udjævne pyramiderne i siliciumcellen, hvilket forringede dets optiske egenskaber og dermed dets ydeevne, før deponering af perovskitcellen oven på den. Det tilføjede også trin til fremstillingsprocessen, " siger Florent Sahli.

Opdatering af eksisterende teknologier

Den nye type tandemcelle er yderst effektiv og direkte kompatibel med monokrystallinske siliciumbaserede teknologier, som nyder godt af mangeårig industriel ekspertise og allerede produceres rentabelt. "Vi foreslår at bruge udstyr, der allerede er i brug, tilføjer bare et par specifikke faser. Producenter vil ikke tage en helt ny solteknologi i brug, men blot at opdatere de produktionslinjer, de allerede bruger til siliciumbaserede celler, " forklarer Christophe Ballif, leder af EPFL's Photovoltaics Laboratory og CSEM's PV-Center.

I øjeblikket, forskning fortsætter for at øge effektiviteten yderligere og give perovskitfilmen mere langsigtet stabilitet. Selvom teamet har fået et gennembrud, der er stadig arbejde, der skal gøres, før deres teknologi kan vedtages kommercielt.