Na łamach czasopisma ACS Energy Letters możemy zapoznać się z pracą uczonych z Uniwersytetu Nauki i Technologii im. Króla Abdullaha (KAUST) w Arabii Saudyjskiej, którzy stworzyli jedyne w swoim rodzaju tandemowe ogniwo słoneczne Jest ono półprzezroczyste, czterozaciskowe (4T) i składa się z trzech subogniw: dwóch perowskitowych i jednego krzemowego.
Czytaj też: Chiny tną koszty i robią fotowoltaikę bez ważnego elementu. Węgla za to w niej nie brakuje
Powierzchnia prototypowego modelu wynosi jedynie 1 cm2, ale niech nas nie zwiedzie taki drobny rozmiar ogniwa. Jest ono na tyle skomplikowane w swej strukturze, że pierwsze kroki trzeba było stawiać w bardzo małej skali. Celem badań było przetestowanie technologii trójzłączowej dla tandemowych ogniw perowskitowo-krzemowych. Jak zaznaczają naukowcy, jednym z głównym wyzwań było stworzenie odpowiednich połączeń między subogniwami, aby działały one wydajnie, stabilnie i uzupełniały się pod względem absorpcji promieni słonecznych.
Nowy pomysł na fotowoltaikę: trójzłączowe ogniwa tandemowe
Istotnym elementem, który zaważył o sukcesie prac, była nowa warstwa transportująca dziury w górnym ogniwie, jaką zastosowano. Mowa tutaj dokładnie o tzw. samo organizujących się monowarstwach (ang. self-assembled monolayers, SAM) skonstruowanych na bazie syntetycznego polimeru organicznego o skrócie PFN-Br. Nazywa się on dokładnie poli(9,9-bis(3′-(N,N-dimetylo)-N-etyloamonium-propylo-2,7-fluoreno)-alt-2,7-(9,9 dioktylofluoreno))dibromek. Związek ten został w warstwie połączony z tlenkiem niklu (NiOx).
Czytaj też: Chiny dobijają naszą fotowoltaikę. Ważny producent w Europie zwija manatki
Pozostałe warstwy oraz subogniwa następnie osadzono w konwencjonalny dla tej technologii sposób. W trakcie testów urządzenia sprawdzono parametry techniczne osobno dla każdego subogniwa z tym wyjątkiem, że środkowy komponent perowskitowy i dolny krzemowy zintegrowano w monolityczne ogniwo tandemowe, dla którego podano zbiorczo wyniki testów.
Czytaj też: Nanokryształy zrewolucjonizują fotowoltaikę. Postęp okazał się gigantyczny
Górne subogniwo z perowskitem osiągnęło wydajność 14,3 proc., napięcie w obwodzie otwartym 1,402 V, gęstość prądu zwarciowego 12,5 mA/cm2, a współczynnik wypełnienia 81,5%. Środkowe i dolne tandemowe ogniwo osiągnęło sprawność konwersji na poziomie 17,2 proc., napięcie obwodu otwartego 1,783 V, gęstość prądu zwarciowego 11,6 mA/cm2 i współczynnik wypełnienia 83,0%.
Całe urządzenie zatem było w stanie wykazać sprawność konwersji energii rzędu aż 31,5 proc. Jest to zdaniem twórców najwyższa wartość dla tej klasy ogniw. Okazały się one stosunkowo stabilne (po 1500 minutach śledzenia punktu maksymalnej mocy zachowały 80 proc. pierwotnej wydajności).
Czytaj też: Nie USA, nie Niemcy. Prawdziwego zamachu na naszą fotowoltaikę dokonały Chiny
Powyższy sukces nie jest pierwszym w rękach saudyjskich uczonych. Naukowcy z KAUST od kilku lat intensywnie rozwijają fotowoltaikę w kierunku tandemowych ogniw perowskitowo-krzemowych. W styczniu 2024 roku analogiczny do powyższego moduł wykazał sprawność konwersji energii rzędu 26,4 proc, a rok wcześniej pochwalili się wydajnością 33,7 proc. dla dwuzłączonego ogniwa typu perowskit-krzem. Kolejne rekordy, jak możemy się domyślać, są tylko kwestią czasu.
