Elastyczny tandem perowskit/krzem osiąga sprawność 33,4 procent

Chiński producent ogniw i paneli fotowoltaicznych LONGi zaprezentował elastyczne tandemowe ogniwo perowskitowo-krzemowe, które ustanawia nowy poziom sprawności w tej klasie ogniw PV.

Kluczowym elementem konstrukcji ogniwa fotowoltaicznego opracowanego przez inżynierów chińskiej firmy jest podwójna warstwa buforowa SnOx, która jednocześnie poprawia przyczepność warstw i zachowuje wysoką efektywność ekstrakcji ładunku przy zachowaniu odporności na zginanie i testy temperaturowe. Z artykułu opublikowanego w Nature oraz informacji przytoczonych przez PV Magazine wiemy, że małe ogniwo o powierzchni 1 cm2 osiągnęło certyfikowaną sprawność konwersji około 33,4 proc. (33,35 proc. według certyfikacji NREL), a większa wersja ogniwa „wafer-size” o powierzchni 260 cm2 uzyskała sprawność 29,8 proc. przy gęstości mocy sięgającej 1,77 W/g.

Należy dodać, że publicznie dostępna wersja artykułu naukowego nadal posiada status „prefinal”, zatem w wersji ostatecznej mogą wystąpić zmiany w zakresie poszczególnych informacji.

REKLAMA

Dwuwarstwowa strategia

Kluczowym elementem konstrukcji jest nowa strategia podwójnej warstwy buforowej SnOx. Jak opisują autorzy opracowania, pierwsza „luźna” warstwa SnOx, projektowana przez odpowiednie dobranie parametrów procesu ALD, pełni funkcję bufora naprężeń: rozprasza energię podczas bombardowania jonowego w trakcie napylania przezroczystej elektrody przewodzącej i poprawia przyczepność do podłoża. Druga, bardziej zwarta warstwa SnOx nanoszona metodą CVD zapewnia sprawny transport ładunku i ogranicza straty rezystancyjne na granicy z warstwą C60, która w elastycznych strukturach jest szczególnie narażona na delaminację.

Na tej dwuwarstwowej strukturze buforowej zbudowano górne ogniwo perowskitowe zawierające warstwę C60, przezroczystą elektrodę z tlenku indu i cynku (IZO), metaliczny kontakt srebrny, absorber perowskitowy, cienką warstwę LiF oraz samoorganizującą się monowarstwę transportującą dziury na bazie EDAI. Dolne ogniwo stanowi ultracienki 60-mikrometrowy krzemowy wafel, który pełni rolę elastycznego ogniwa bazowego tandemu.

Wysoka odporność na zginanie

Według informacji przekazanych przez przedstawiciela LONGi, najmniejsze ogniwo waży zaledwie 4,38 g i może być zginane do promienia krzywizny 15 mm, co w praktyce oznacza możliwość złożenia „na pół”. Podczas testów w standardowych warunkach oświetleniowych ogniwo o powierzchni 1 cm2 osiągnęło napięcie obwodu otwartego (Voc) 1,996 V, gęstość prądu zwarciowego (Isc) 19,77 mA/cm2 oraz współczynnik wypełnienia (FF) 84,5 proc. Większa struktura 260 cm2, oparta na waflu M6, uzyskała sprawność 29,8 proc., a wynik ten został potwierdzony przez laboratorium kalibracyjne Fraunhofer ISE.

REKLAMA

Istotną częścią badań nad nowymi ogniwami fotowoltaicznymi są testy trwałości. Zgodnie z danymi z artykułu naukowego zmodyfikowane ogniwa krzemowo-perowskitowe zachowały ponad 97 proc. początkowej sprawności po 43 000 cykli zginania przy promieniu ok. 40 mm w powietrzu oraz po 250 cyklach testów temperaturowych w zakresie od −40 do 85 st. C.

Połączenie wysokiej sprawności, niskiej masy i odporności mechanicznej sprawia, że proponowana strategia podwójnej warstwy SnOx otwiera drogę do wprowadzenia elastycznych tandemów perowskit/krzem w zastosowaniach, gdzie liczy się zarówno wydajność, jak i lekkość konstrukcji.

Więcej na temat osiągnięcia naukowego inżynierów LONGi można przeczytać w artykule „Flexible perovskite/silicon tandem solar cell with a dual buffer layer” opublikowanym w Nature (dostępna jest wersja preview).

Radosław Błoński 

redakcja@gramwzielone.pl

© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.