Nye rekorder i perovskit-silicium tandem solceller gennem forbedret lysstyring

Brug af mikrostrukturerede lag, et HZB-hold har været i stand til at øge effektiviteten af ​​perovskit-silicium tandem solceller, opnåede 25,5 pct. hvilket er den højeste offentliggjorte værdi til dato. Holdet brugte beregningssimuleringer til at undersøge lyskonvertering i forskellige enhedsdesigns med forskellige nanostrukturerede overflader. Dette muliggjorde optimering af lysstyring og detaljerede energiudbytteanalyser. Undersøgelsen er nu offentliggjort i Energi- og miljøvidenskab .

Tandem solceller lavet af silicium og metalhalogenid perovskitforbindelser kan omdanne en særlig stor del af solspektret til elektrisk energi. Imidlertid, en del af lyset reflekteres og går dermed tabt med henblik på energiomdannelse. Brug af nanostrukturer, reflektionen kan reduceres betydeligt, hvilket sikrer, at solcellen fanger mere lys. For eksempel, pyramideformede mikrofunktioner kan ætses ind i silicium. Imidlertid, disse egenskaber forårsager mikroskopisk ruhed i siliciumoverfladen, hvilket gør det ikke længere egnet som substrat til aflejring af ekstremt tynde perovskitlag. Dette skyldes, at perovskitter normalt aflejres på en poleret wafer ved hjælp af opløsningsbehandling for at danne en ekstremt tynd film, meget tyndere end de pyramideformede træk. Et grovætset siliciumoverfladelag forhindrer derfor dannelsen af ​​et ensartet konformt lag.

Effektiviteten blev forbedret fra 23,4 procent til 25,5 procent

Et team ledet af HZB-fysiker Steve Albrecht har undersøgt en alternativ tilgang til lysstyring med teksturer i tandemsolceller. Holdet fremstillede en effektiv perovskite/silicium tandem-enhed, hvis siliciumlag var ætset på bagsiden. Perovskitlaget kunne påføres ved spincoating på den glatte forside af silicium. Holdet påsatte bagefter en polymer lysstyringsfolie (LM) på forsiden af ​​enheden. Dette muliggjorde behandling af en højkvalitets perovskitfilm på en flad overflade, mens du stadig nyder godt af teksturen på forsiden. "På denne måde det lykkedes os at forbedre effektiviteten af ​​en monolitisk perovskit-silicium heterojunction tandemcelle betydeligt fra 23,4 procent til 25,5 procent", siger Marko Jošt, førsteforfatter af studiet og postdoc i Albrechts team.

Numerisk model viser mulighed for op til 32,5 procent

Ud over, Jošt og kolleger har udviklet en sofistikeret numerisk model for komplekse 3-D funktioner og deres interaktion med lys. Dette gjorde det muligt for teamet at beregne, hvordan forskellige enhedsdesigns med teksturer ved forskellige grænseflader påvirker effektiviteten. "Baseret på disse komplekse simuleringer og empiriske data, vi mener, at en effektivitet på 32,5 procent realistisk kan opnås - hvis det lykkes os at inkorporere højkvalitets perovskiter med et båndgab på 1,66 eV", siger Jošt.

Velegnet til at bygge integreret PV

Og teamleder Steve Albrecht tilføjer:"Baseret på rigtige vejrdata, vi var i stand til at beregne energiudbyttet i løbet af et år - for de forskellige celledesigns og for tre forskellige placeringer." simuleringerne viser, at LM-folien på forsiden af ​​solcelleapparatet er særlig fordelagtig under diffus lysbestråling, altså ikke kun under vinkelret indfaldende lys. Tandemsolceller med den nye LM-folie kunne derfor også egne sig til indbygning i bygningsintegreret solcelle (BIPV), åbne store nye områder for energiproduktion fra store skyskraberfacader.