Venstre mod højre:Postdoc-stipendiater Erkan Aydin (KAUST), Yi Hou (University of Toronto) og Michele De Bastiani (KAUST) er en del af et internationalt team, der har designet en ny type tandemsolcelle. Enheden kombinerer industristandard siliciumfremstilling med ny perovskite-teknologi. Kredit:KAUST
Forskere fra University of Toronto Engineering og King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) har overvundet en vigtig hindring ved at kombinere den nye solfangstteknologi af perovskiter med den kommercielle guldstandard - siliciumsolceller. Resultatet er en yderst effektiv og stabil tandem solcelle, en af de bedste rapporterede til dato.
"I dag, silicium solceller er mere effektive og billigere end nogensinde før, " siger professor Ted Sargent, seniorforfatter på et nyt papir offentliggjort i dag i Videnskab . "Men der er grænser for, hvor effektivt silicium kan være alene. Vi er fokuseret på at overvinde disse grænser ved hjælp af en tandem (to-lags) tilgang."
Ligesom silicium, perovskitkrystaller kan absorbere solenergi for at excitere elektroner, der kan kanaliseres ind i et kredsløb. Men i modsætning til silicium, perovskites kan blandes med væske for at skabe en 'solar ink', der kan printes på overflader.
Den blækbaserede fremstillingstilgang – kendt som løsningsbehandling – er allerede veletableret i trykkeriindustrien, og har derfor potentiale til at sænke omkostningerne ved at lave solceller.
"At tilføje et lag af perovskitkrystaller oven på tekstureret silicium for at skabe en tandemsolcelle er en fantastisk måde at forbedre dens ydeevne på, " siger Yi Hou, postdoc og hovedforfatter på det nye papir. "Men den nuværende industristandard er baseret på wafers - tynde plader af krystallinsk silicium - som ikke er designet med denne tilgang i tankerne."
Selvom de kan se glatte ud, standard siliciumwafers, der bruges til solceller, har små pyramideformede strukturer omkring to mikrometer høje. Den ujævne overflade minimerer mængden af lys, der reflekteres fra overfladen af silicium og øger den samlede effektivitet, men gør det også vanskeligt at belægge et ensartet lag af perovskiter ovenpå.
"De fleste tidligere tandemceller er blevet fremstillet ved først at polere siliciumoverfladen for at gøre den glat, og derefter tilføje perovskitlaget, " siger Hou. "Det virker, men mod ekstra omkostninger."
Hou og resten af teamet – inklusive Sargent og KAUST Professor Stefaan De Wolf – tog en anden tilgang. De øgede tykkelsen af perovskitlaget, gør det højt nok til at dække både toppe og dale skabt af de pyramideformede strukturer.
Holdet opdagede, at perovskitterne i dalene genererede et elektrisk felt, der adskiller elektronerne genereret i perovskitlaget fra dem, der genereres i siliciumlaget. Denne type ladningsadskillelse er fordelagtig, fordi den øger chancerne for, at exciterede ladninger vil strømme ind i kredsløbet i stedet for andre dele af cellen.
Holdet forbedrede ladningsadskillelsen yderligere ved at belægge perovskitkrystallerne i et 'passiveringslag' lavet af 1-butanthiol, et almindeligt industrikemikalie.
Tandemsolcellerne opnåede en virkningsgrad på 25,7 pct. som certificeret af en uafhængig, eksternt laboratorium, Fraunhofer Institut for Solenergi i Freiburg, Tyskland. Dette er blandt de højeste effektivitetsgevinster, der nogensinde er rapporteret for denne type design. De var også stabile, modstå temperaturer på op til 85 grader Celsius i mere end 400 timer uden væsentligt tab af ydeevne.
"Det faktum, at vi kan alt dette uden at ændre silicium, gør det til en drop-in-løsning, " siger Hou. "Industrien kan anvende dette uden at skulle foretage dyre ændringer i deres eksisterende processer."
Hou og teamet fortsætter med at arbejde på forbedringer af designet, inklusive øget stabilitet op til 1, 000 timer, et branchemærke.
"Vi er meget stolte af den rekordsættende præstation, som dette samarbejde var i stand til at opnå, men dette er kun begyndelsen, " siger Hou. "Ved at overvinde en vigtig begrænsning i tandemsolceller, vi har sat scenen for endnu større gevinster."
"Vores tilgang åbner en dør for silicium-fotovoltaisk industri til fuldt ud at udnytte de store fremskridt, perovskit-teknologien har gjort indtil videre, " siger De Wolf. "Dette kan bringe solcellepaneler med højere ydeevne til lave omkostninger på markedet."
Sidste artikelLængste mikrobølgekvantelink
Næste artikelForskere foreslår ny fysik for at forklare henfald af subatomære partikler