Naukowcy z niemieckiego Karlsruhe Institute of Technology (KIT) opracowali trójzłączowe ogniwa słoneczne oparte na materiałach o strukturze perowskitu i na krzemie. Swój najnowszy wynalazek przedstawili w czasopiśmie Energy & Envorinmental Science. Na czym polega dokładnie trójzłączowa technologia i dlaczego uczeni zdecydowali się na taką właśnie konstrukcję?
Czytaj też: Tanie ogniwa słoneczne już dostępne. Rozmiar jednak ma znaczenie
Związków o strukturze perowskitu, które mogą grać rolę głównego absorbera w ogniwach, jest tak naprawdę bardzo dużo. Niestety stosując tylko jeden rodzaj materiału, napotkamy w rezultacie na wiele niedoskonałości. Wyłącznie perowskitowe ogniwa słoneczne bywają wysoce niestabilne i nie cechują się długą żywotnością. A przecież zależy nam na tym, aby nowa technologia funkcjonowała w praktyce co najmniej tak długo, jak krzemowe panele słoneczne!
Trójzłączowe perowskitowe ogniwa słoneczne w rękach Niemców. Jak to działa?
Wobec tego od jakiegoś czasu naukowcy nauczyli się tworzyć tandemowe ogniwa, które zbudowane są z dwóch podogniw – perowskitowego i krzemowego. W takim duecie moduły łączą co najlepsze z obydwu technologii. Naukowcy z KIT postanowili pójść o krok dalej i stworzyli trójzłączowe konstrukcje, które składają się z dwóch podogniw perowskitoweych i jednego krzemowego. Jak taka struktura sprawdziła się podczas testów wydajności?
Czytaj też: Są pierwsi, którzy stworzyli tak złożone ogniwa słoneczne. Twórcy nie pochodzą z Chin
W swoim artykule autorzy zachwalają, że udało im się opracować urządzenie o sprawności konwersji energii wynoszącej 24,4 proc. Ogniwo słoneczne opiera się na górnym komponencie perowskitowym z pasmem wzbronionym 1,84 eV, środkowym komponencie z perowskitów z pasmem wzbronionym 1,52 eV oraz dolnym podogniwie krzemowym o grubości 200 mikrometrów i z pasmem wzbronionym 1,1 eV.
W przypadku perowskitów wykorzystano do budowy najbardziej popularny halogenek stosowany w tej technologii, czyli jodek ołowiu i alfa-formamidyny (α-FAPbI3). Podczas testów wykazano relatywnie dużą wydajność ogniwa na poziomie 24,4 proc., napięcie jałowe 2,84 V oraz prąd zwarciowy 11,6 mA/cm2. Współczynnik wypełnienia wyniósł 74 proc. Co ważne, po 1081 godzinach „hartowania” modułu w ciemnym pomieszczeniu z temperaturą 85 st. C urządzenie wciąż potrafiło zachować 96,6 proc. swojej pierwotnej sprawności. Jest to imponujący wynik, biorąc pod uwagę, że warunki, w jakich go testowano, były o wiele bardziej wymagające niż w zwykłej atmosferze.
Czytaj też: To nie są zwykłe ogniwa słoneczne, a wytrzymują nawet w kosmosie. Czemu o tym jest tak cicho?
Czy powyższe ogniwa słoneczne zwojują świat fotowoltaiki? Wydają się one bardzo wysublimowane w swojej konstrukcji, co przyznaje w rozmowie z PV Magazine sam Ulrich W. Paetzold, współautor badań. Niemniej otwierają one nową drogę do dalszych eksploracji w stronę długowiecznych perowskitowych urządzeń.