Kỷ lục thế giới mới: Hiệu suất gần 30% cho các tế bào năng lượng mặt trời song song thế hệ tiếp theo

Ba nhóm HZB do Giáo sư Christiane Becker, Giáo sư Bernd Stannowski và Giáo sư Steve Albrecht dẫn đầu đã cùng nhau quản lý để tăng hiệu suất của pin mặt trời song song perovskite silicon được chế tạo hoàn toàn tại HZB lên giá trị kỷ lục mới 29,80%. Giá trị hiện đã được chứng nhận chính thức và được ghi lại trong bảng xếp hạng NREL. Điều này mang lại mốc 30 phần trăm trong tầm tay.

Các mô-đun năng lượng mặt trời ngày nay chủ yếu được làm bằng silicon và các khả năng tăng hiệu suất hơn nữa đã được khai thác phần lớn. Nhưng kể từ năm 2008, lớp vật liệu “perovskites perovskite kim loại” đã trở thành trọng tâm của nghiên cứu: những hợp chất bán dẫn này chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện rất tốt và vẫn còn nhiều chỗ để cải thiện. Đặc biệt, chúng có thể được kết hợp với pin mặt trời silicon để song song với pin mặt trời sử dụng ánh sáng mặt trời hiệu quả hơn nhiều.

Một cuộc đua giành các kỷ lục

Tại HZB, một số nhóm đã làm việc chuyên sâu kể từ năm 2015 về cả công nghệ bán dẫn perovskite và silicon và sự kết hợp của cả hai thành các tế bào năng lượng mặt trời song song sáng tạo. Vào tháng 1 năm 2020, HZB đã đạt được kỷ lục 29,15% đối với pin mặt trời song song perovskite silicon và công bố công trình này trên tạp chí Science . Sau đó, trước Giáng sinh năm 2020, công ty Oxford PV đã có thể công bố hiệu suất được chứng nhận là 29,52%. Kể từ đó, cuộc đua thú vị cho các kỷ lục mới đã diễn ra. Steve Albrecht, người đang nghiên cứu màng mỏng perovskite tại phòng thí nghiệm HySPRINT tại HZB, giải thích: “Hiệu suất 30% giống như một ngưỡng tâm lý đối với công nghệ mới hấp dẫn này có thể cách mạng hóa ngành công nghiệp quang điện trong tương lai gần. Bernd Stannowski, trưởng nhóm về công nghệ silicon, cho biết thêm: “Tôi đặc biệt nhấn mạnh đến sự hợp tác tốt đẹp giữa các nhóm và viện khác nhau tại HZB. Đây là cách chúng tôi quản lý để phát triển các tế bào năng lượng mặt trời song song mới này hoàn toàn tại HZB và một lần nữa đạt được kỷ lục thế giới. “

Chứng nhận chính thức

Trọng tâm nghiên cứu và phát triển gần đây là cải tiến quang học của tế bào đáy dị liên kết silicon. Một mặt trước kết cấu nano và một mặt sau phản xạ điện môi đã được thêm vào. Christiane Becker, một chuyên gia về cấu trúc nano trong pin mặt trời và tác dụng của chúng đối với quang và các đặc tính điện.

Silicon kết cấu nano

Đối với công trình mới, Tiến sĩ Philipp Tockhorn (nhóm Albrecht) và nghiên cứu sinh Johannes Sutter (nhóm Becker) đã nghiên cứu cách các cấu trúc nano ở các giao diện khác nhau ảnh hưởng đến hiệu suất của pin mặt trời song song, bao gồm pin mặt trời perovskite trên đầu pin mặt trời silicon . Đầu tiên, họ sử dụng một mô phỏng trên máy tính để tính toán mật độ dòng quang trong các ô con perovskite và silicon cho các dạng hình học khác nhau có và không có vật liệu nano. Sau đó, họ sản xuất pin mặt trời song song perovskite silicon với các kết cấu khác nhau: “Ngay cả kết cấu nano ở một mặt cũng cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng và cho phép dòng quang cao hơn so với tham chiếu phẳng,” Sutter nói. Và đồng nghiệp của ông, Tockhorn cho biết thêm: “Đáng chú ý, các hỗn hợp nano cũng dẫn đến cải thiện một chút về chất lượng điện tử của pin mặt trời song song và hình thành màng tốt hơn của các lớp perovskite.”

Phản xạ điện môi

Các cải tiến cũng được thực hiện đối với mặt sau của pin mặt trời song song, được thiết kế để phản xạ ánh sáng hồng ngoại trở lại bộ hấp thụ silicon. Tiến sĩ Alexandros Cruz Bournazou (nhóm Stannowski) cho biết: “Bằng cách sử dụng gương phản xạ điện môi, chúng tôi có thể sử dụng phần này của ánh sáng mặt trời hiệu quả hơn, dẫn đến dòng quang cao hơn.

Triển vọng tươi sáng

Kết quả mở đường cho những cải tiến hơn nữa. Các mô phỏng cho thấy rằng hiệu suất có thể được tăng lên hơn nữa bằng cách cấu trúc nano các lớp hấp thụ ở cả hai bên. Các nhà nghiên cứu tin rằng có thể sớm đạt được hiệu suất trên 30%. Cuộc đua đang diễn ra.

Tham khảo: “Pin mặt trời song song perovskite / silicon nguyên khối với hiệu suất> 29% bằng cách khai thác lỗ nâng cao” của Amran Al-Ashouri, Eike Köhnen, Bor Li, Artiom Magomedov, Hannes Hempel, Pietro Caprioglio, José A. Márquez, Anna Belen Morales Vilches , Ernestas Kasparavicius, Joel A.Smith, Nga Phung, Dorothee Menzel, Max Grischek, Lukas Kegelmann, Dieter Skroblin, Christian Gollwitzer, Tadas Malinauskas, Marko Jošt, Gašper Matic, Bernd Rech, Rutger Schlatmann, Marko Topic, Lars Korte, Antonio Abate , Bernd Stannowski, Dieter Neher, Martin Stolterfoht, Thomas Unold, Vytautas Getautis và Steve Albrecht, ngày 11 tháng 12 năm 2021, Science .
DOI: 10.1126 / science.abd4016

Theo Scitechdaily