Az Anita Ho{0}}Baillie professzor, az ausztrál Sydney Egyetem nanotudományi tanszékének John Hooke tanszéke által vezetett kutatócsoport új naptechnológiai rekordot állított fel a világ legnagyobb hármas-csomópontos perovszkit-perovszkit-szilícium tandem napelemével kapcsolatban.
A 16 cm-esek2a hármas-csatlakozó cella 23,3%-os állandó-állapotú energiakonverziós hatásfokkal rendelkezik (független tanúsítvánnyal), ami a legmagasabb érték a nagy-felületű ilyen típusú eszközök esetében. Csapata is készített egy 1 cm-t2cella 27,06%-os hatásfokkal, ami új hőstabilitási szabványokat hozott létre (lásd a videót).
A hatékonyságnövekedést a „nagyobb mozgástér az áramátalakítási hatékonyság terén” vezérli,{0}}mivel a hármas csomópont elméleti hatékonysági határa ~51%, míg a kettős csomópont esetében ez körülbelül 45%” – mondja Ho{3}}Baillie, aki szintén a Sydney-i Egyetem Net Zero Institute-jának tagja. "Egyetlen csomópont 33%, ha a napelem sávszélessége nincs korlátozva, de csak 30% a szilícium esetében."
A többcsatlakozású tandem napelemek különböző sávszélességű napelemek egymásra helyezését jelentik,-amelyek a legmagasabbak a nap-oldalon-, hogy az egyes cellák hatékonyabban tudják elektromos energiává alakítani a napspektrum egyes szakaszait, és minimalizálják a szub-sávszélességet és a hőkezelési veszteségeket.
„Például egy két-elágazású cellában a felső széles-sávszélességű csatlakozás nagyobb fotonenergiát alakít át elektromos energiává, és ezt hatékonyabban teszi, mint egy szűkebb sávszélességű csomópont,{2}}ami csökkenti a termikus veszteséget” – magyarázza Ho-Baillie. "Az alacsonyabb-energiájú foton áthalad a felső széles-sávú csomóponton, és a szűkebb sávú alsó csomópont elnyeli az elektromos energia átalakítása céljából. Ha az alsó csomópont nem lenne ott, az ilyen alacsonyabb-energiájú fotonok szub-sávszélességű nem-abszorpciós veszteséget okoznak."
Optikai kialakítások
Az érintett optikai tervek szemléltetésére a csapat két legfelső perovszkit csomópontja elektromosan összekapcsolódik arany nanorészecskéken keresztül. „Optikai modellezést alkalmaztunk a nanorészecskék lefedettségének az optikai veszteségre gyakorolt hatásának szimulálására, elektromos modellezéssel pedig a nanorészecske által létrehozott ohmos érintkezést” – magyarázza Ho{1}}Baillie. "Az egyensúly akkor jön létre, ha elegendő számú nanorészecske van jelen a minimális optikai veszteség érdekében, anélkül, hogy az elektromos teljesítményt veszélyeztetné."
Ho-Baillie csapata a széles sávszélességű (1,91-eV) perovszkit csomópont stabilitását és teljesítményét is javította azáltal, hogy "a rubídiumot a kevésbé stabil metilammóniummal cserélték ki a perovszkitban, és a piperazinium-dikloridot (PDCI) a kevésbé stabil felületi lítium-fluoridos réteggel helyettesítették".
Ho-Baillie kitartása az ultravékony arany vizualizálásában valóban kifizetődő volt. "Kritikus mennyiségű aranynak kell lennie ahhoz, hogy a klaszterek létrejöhessenek ahhoz, hogy először félfolyamatos filmekké váljanak" - mondja. "Több arany lehetővé teszi a folyamatos film növekedését. A "klaszter" kritikus mennyisége alatt az arany nanorészecskék formájában lesz. Eredményeinket az teszi érdekessé, hogy -folyamatos vagy nem folytonos-filmekre nincs szükség két csomópont összekapcsolásához. A nanorészecskék, bár elszigeteltek, elegendőek az ohmos érintkezéshez a szállítási csomópontok közötti optikai veszteség minimálisra csökkentéséhez."
Mit jelent ez a hatékonysági rekord a mezőny számára? „Bemutatónk betekintést nyújt az anyagok fontos tulajdonságaiba a jövőbeni hatékonyságjavítás érdekében” – mondja Ho{0}}Baillie. "A veszteségelemzés javaslatokat is ad a jövőbeni hatékonyságjavításokra-mind a kis-, mind a nagy-felületű eszközök esetében. Következő: 30%-os hármas csomópont, 40% felé tolva."
A csapat munkájában kínai, német és szlovén partnerek vettek részt, támogatást kapott az Australian Renewable Energy Agency és az Australian Research Council.
