grafen, perovskites, og silicium – en ideel tandem til effektive solceller

Forskere ved universitetet i Rom Tor Vergata, det italienske teknologiske institut (IIT) og dets spin-off, Graphene Flagship Associate Member BeDimensional, har i samarbejde med ENEA med succes kombineret grafen med tandem perovskit-silicium solceller for at opnå effektivitet på op til 26,3%.

I øvrigt, de forestillede sig en ny fremstillingsmetode, der takket være alsidigheden af ​​grafen, gør det muligt at reducere produktionsomkostningerne og kan føre til produktion af store solpaneler. Grafenbaserede tandemsolceller fordobler næsten effektiviteten af ​​rent silicium.

Fysiske love begrænser den maksimale effektivitet af siliciumsolceller til 32%. Af den grund, videnskabsmænd har brugt årtier på at prøve at finde på andre alternativer, såsom III-V og perovskites. Imidlertid, sidstnævnte giver adskillige produktionsudfordringer, og opskalering af produktionen af ​​solpaneler er et vigtigt skridt mod succes. Med tandemceller, "Forskere havde tidligere kombineret fordelene ved både silicium og perovskiter - uanset hvor stabilt, effektivitet og storstilet produktion virkede stadig som en vidtløftig drøm.

Men så kom grafen i spil - og det kunne være en game changer. Graphene Flagship-forskere identificerede dets potentiale for energihøst, og faktisk har dedikeret to forskellige industriorienterede "Spearhead Projects" til at grave i mulighederne for grafenbaserede solceller.

Dette nye blad udgivet i Joule , med titlen "Mekanisk stablet, to-terminal grafen-baseret perovskit/silicium tandem solcelle med 25,9% stabiliseret effektivitet, " er endnu et bevis på, at grafen og relaterede lagdelte materialer vil muliggøre kommercialisering af mere effektive og omkostningseffektive solpaneler med store arealer.

Aldo di Carlo, hovedforfatter og forsker i Graphene Flagship partner University of Rome Tor Vergata, forklarer:"Vores nye tilgang til fremstilling af grafen-aktiverede tandemsolceller giver en dobbelt fordel. For det første, det kan anvendes til at forbedre alle de forskellige typer perovskit-solceller, der er tilgængelige i øjeblikket, inklusive dem, der behandles ved høje temperaturer. Men endnu vigtigere, vi kan inkorporere vores grafen ved hjælp af de udbredte 'løsningsfremstillingsmetoder, "nøgle til yderligere at implementere vores teknologier industrielt og levere store overflader, grafen-aktiverede solpaneler."

Francesco Bonaccorso, medforfatter, medstifter af Graphene Flagship spin-off BeDimensional, siger:"Denne innovative tilgang, der er foreslået i forbindelse med Graphene Flagship er det første skridt mod udviklingen af ​​tandem solceller, der leverer en effektivitet, der er højere end grænsen for single junction siliciumenheder. Lagdelte materialer vil være afgørende for at nå dette mål."

Emmanuel Kymakis, Graphene Flagship Energy Generation Work Package Leader, siger:"Der er nogle kompatibilitetsproblemer, der skal løses, før den fulde udnyttelse af perovskite-Si tandem PVs-konceptet. Dette banebrydende arbejde viser, at integrationen af ​​GRM-blæk med on-demand-morfologi og justerbare optoelektroniske egenskaber i en tandemstruktur, kan føre til industriel fremstilling med høj kapacitet. Grafen og relaterede materialer forbedrer ydeevnen, stabilitet og skalerbarhed af disse enheder. Den stablede silicium-perovskite-konfiguration vil fungere som grundlaget for det nye Graphene Flagship Spearhead Project GRAPES, hvor en pilotlinjefremstilling af grafenbaserede perovskit-silicium tandemsolceller vil finde sted, baner vejen for at bryde 30 % effektivitetsbarrieren og et betydeligt fald i de udjævnede energiomkostninger."

Andrea C. Ferrari, Videnskabs- og teknologiofficer for Graphene Flagship og formand for dets ledelsespanel, tilføjer:"Anvendelsen af ​​grafen og relaterede materialer til solenergigenerering blev anerkendt som en strategisk prioritet siden starten af ​​grafen-flagskibet. Den første grafenbaserede solfarm er ved at blive etableret i år. Disse nye resultater understøtter vores indsats for efter tre år for at producere paneler, der definerer den nyeste viden. Dette viser også, hvordan grafen-flagskibets arbejde stemmer overens med FN's bæredygtige udviklingsmål."