Perowskitowy tandem, czyli nowy rozdział w fotowoltaice. To ogniwo jest bliskie imponującej granicy

Członkowie międzynarodowego zespołu badawczego zajmujący się badaniami nad w pełni perowskitowym tandemowym ogniwem słonecznym ogłosili, że udało im się osiągnąć 28,8% wydajności. To bardzo dobry wynik, szczególnie, jeśli zapoznamy się z kulisami ostatnich dokonań.
Perowskitowy tandem, czyli nowy rozdział w fotowoltaice. To ogniwo jest bliskie imponującej granicy

Poza imponującą sprawnością konwersji mocy, czyli wskaźnikiem opisującym ilość promieniowania słonecznego docierającego do ogniwa, która zostaje przekształcona w energię elektryczną, istnieje też kilka innych zalet. Naukowcy związani z całym projektem wymieniają wśród zalet swojego ogniwa ograniczone straty rekombinacji w dolnej warstwie oraz bardzo wysoką stabilność. 

Czytaj też: Jak sobie radzą Polacy z fotowoltaiką w nowej rzeczywistości? Cena energii wciąż spada

Powierzchnię pokryli specjalnymi warstwami, które mają chronić znajdujący się poniżej perowskit przed uszkodzeniem. Ostatecznie mówimy o w pełni perowskitowym ogniwie tandemowym z szerokopasmowym ogniwem dolnym na bazie perowskitu cynowo-ołowiowego. Szczegółowe informacje na jego temat zostały zamieszczone na łamach Nature Energy. 

Obecnie na rynku fotowoltaicznym wciąż dominują warianty krzemowe, to ich przewaga nad konkurencją nie jest już tak imponująca, jak wcześniej. Poważną konkurencję stanowią perowskity. Są tańsze i zapewniają możliwość pochłaniania szerszego zakresu promieniowania emitowanego przez Słońce. Z tego względu coraz częściej mówi się o nich w kontekście zastępstwa dla krzemu.

W toku eksperymentów członkowie zespołu kierowanego przez naukowców z Uniwersytetu w Toronto użyli nowej metody chemicznej. Ich celem była modyfikacja powierzchni ogniwa słonecznego, co chcieli osiągnąć poprzez dodanie diamin do powierzchni, usunięcie części cyny i zmianę stosunku cyny do ołowiu. Pierwszy ze wspomnianych składników stworzył stabilną warstwę, której zadaniem jest ochrona powierzchni przed tlenem i ciepłem z otoczenia. 

W pełni perowskitowe tandemowe ogniwo słoneczne zostało poddane testom, które wykazały, iż ma ono 28,8% wydajności

W pełni perowskitowe tandemowe urządzenie posiada podłoże ze szkła i tlenku indu i cyny. W jego skład wchodzi też warstwa transportująca dziury z tlenku niklu i kwasu fosfonowego, szerokopasmowy absorber perowskitowy, warstwa transportująca elektrony na bazie buckminsterfullerenu, kontakt ze złota, warstwa PEDOT-PSS, niskopasmowy absorber perowskitowy, warstwa buforowa z tlenku cyny i metalowa elektroda.

Czytaj też: Dwa składniki w jednym. Połączenie krzemu i perowskitów dało fotowoltaikę przyszłości

Oczywiście ważne było określenie wydajności oferowanej przez tę konstrukcję. Aby ustalić sprawność konwersji mocy wykazywaną przez w pełni perowskitowe ogniwo tandemowe, członkowie zespołu badawczego zorganizowali testy w standardowych warunkach oświetlenia. W takich okolicznościach zmierzono wydajność na poziomie 28,83%. Napięcie obwodu otwartego wyniosło 2,19 V, gęstość prądu zwarciowego 15,59 mA na centymetr kwadratowy, a współczynnik wypełnienia 83,4%. Po 1000 godzinach pracy ogniwo zachowało ponad 90% swojej pierwotnej wydajności. Takie wyniki pozwalają realnie postrzegać perowskity jako zamienniki dla krzemowych ogniw słonecznych.