To-lags solcelle sætter rekord for effektivt at generere strøm

Materialeforskere fra UCLA Samueli School of Engineering har udviklet en højeffektiv tyndfilmsolcelle, der genererer mere energi fra sollys end typiske solpaneler, takket være dets dobbeltlags design.

Enheden er lavet ved at sprøjte et tyndt lag perovskit - en billig forbindelse af bly og jod, der har vist sig at være meget effektiv til at opfange energi fra sollys - på en kommercielt tilgængelig solcelle. Solcellen, der danner det nederste lag af enheden, er lavet af en forbindelse af kobber, indium, gallium og selenid, eller CIGS.

Holdets nye celle omdanner 22,4 procent af den indkommende energi fra solen, en rekord i effektkonverteringseffektivitet for en perovskite-CIGS tandem solcelle. Ydeevnen blev bekræftet i uafhængige test ved det amerikanske energiministeriums nationale laboratorium for vedvarende energi. (den tidligere rekord, sat i 2015 af en gruppe ved IBM's Thomas J. Watson Research Center, var 10,9 procent.) UCLA-enhedens effektivitet svarer til den for poly-silicium solceller, der i øjeblikket dominerer solcellemarkedet.

Forskningen, som blev offentliggjort i dag i Videnskab , blev ledet af Yang Yang, UCLAs Carol og Lawrence E. Tannas Jr. professor i materialevidenskab.

"Med vores tandem solcelle design, vi trækker energi fra to adskilte dele af solspektret over det samme enhedsområde, " sagde Yang. "Dette øger mængden af ​​energi genereret fra sollys sammenlignet med CIGS-laget alene."

Yang tilføjede, at teknikken med at sprøjte på et lag af perovskit nemt og billigt kunne inkorporeres i eksisterende solcelle-fremstillingsprocesser.

Cellens CIGS basislag, som er omkring 2 mikron (eller to tusindedele af en millimeter) tyk, absorberer sollys og genererer energi med en hastighed på 18,7 procent effektivitet alene, men tilføjelse af det 1 mikron tykke perovskitelag forbedrer dets effektivitet - meget ligesom hvordan tilføjelse af en turbolader til en bilmotor kan forbedre dens ydeevne. De to lag er forbundet af en nanoskala-grænseflade, som UCLA-forskerne har designet; grænsefladen hjælper med at give enheden højere spænding, hvilket øger mængden af ​​strøm, den kan eksportere.

Og hele samlingen sidder på et glasunderlag, der er omkring 2 millimeter tykt.

"Vores teknologi øgede den eksisterende CIGS-solcelleydelse med næsten 20 procent i forhold til dens oprindelige ydeevne, "Yang sagde." Det betyder en reduktion på 20 procent i energiomkostningerne. "

Han tilføjede, at enheder, der bruger to-lags design, i sidste ende kunne nærme sig 30 procent strømkonverteringseffektivitet. Det bliver forskergruppens næste mål.