Omarrangering af lagene i solcellemoduler kan hjælpe med at forbedre effektiviteten

Et solcellemodul, der mindsker celle-til-modul-tab, er blevet udviklet af KAUST-forskere efter en nytænkning af modulets optiske design, og hvordan det skal stables.

Forskningslaboratorier verden over arbejder på konstant at forbedre solcellernes effektivitet. Men at bruge disse enheder i den virkelige verden er en ekstra udfordring. For eksempel skal solceller indbygges i moduler, der kan beskytte de følsomme materialer mod barske miljøer. Disse moduler kan reducere effektkonverteringseffektiviteten og dermed miste de præstationsgevinster, der så flittigt er vundet i laboratoriet.

Lujia Xu, Stefaan De Wolf og deres KAUST-kolleger har konstrueret et mere effektivt solcellemodul med et forbedret optisk design. Solcellerne, som teamet brugte, var lavet af en kombination af to lysabsorberende halvledere:den ene silicium og den anden lavet af et perovskitmateriale. Silicium er nu et veletableret materiale inden for solcellefremstilling. Og selv om perovskiter er et materiale i vækst, har det allerede vist sig at tilføje et tyndt lag oven på siliciumet at forbedre ydeevnen med en acceptabel stigning i omkostningerne.

Disse såkaldte perovskit-silicium tandem solceller har tidligere udvist effektivitetsgevinster i optisk-til-elektrisk strømkonvertering helt op til 30 %. Og teoretisk modellering har indikeret, at det kunne gå så højt som 45%. Men da KAUST-teamet satte deres tandemsolceller i et modul, fandt de ud af, at effektiviteten faldt fra 28,9 % til 25,7 %. Deres modul blev lavet ved at klemme solcellerne mellem to glasplader, med indersiden fyldt med termoplastisk polyurethan for at indkapsle solcellerne.

Holdet mener, at reduktionen i effektivitet skyldes et brydningsindeks-mismatch efter introduktionen af ​​glas og polyurethanen direkte på solceller uden celle-til-modul-optimering, hvilket resulterer i øget refleksion af det indkommende lys. Og derfor besluttede holdet at reducere dette frontreflektionstab ved et optisk redesign af modulet gennem brydningsindeksteknologi.

Ved at flytte en film af magnesiumfluorid fra toppen af ​​cellen til toppen af ​​frontglasset reducerede de brydningsindeksets uoverensstemmelse og opnåede dermed effektiv lysindkobling.

"Denne enkle optimering muliggør effektivt den højeste kortslutningsstrømtæthed - relateret til den maksimale strøm, der kan trækkes fra enheden - som er rapporteret i litteraturen for monolitiske perovskit/silicium tandem solcellemoduler, hvilket resulterer i en effektkonverteringseffektivitetsstigning fra 25,7 % til 26,2 %," siger Xu. "Vi håber nu at undersøge, hvordan forskellige materialer og teksturering af materialeoverfladen kan reducere de nuværende tab fra celler til moduler endnu mere."

Undersøgelsen er offentliggjort i ACS Energy Letters . + Udforsk yderligere

Tilføjelse af endnu et lag metalfluorid kan forbedre solcellernes ydeevne