Forskare vid universitetet i Rom Tor Vergata, det italienska tekniska institutet (IIT) och dess avknoppning, Graphene Flagship Associate Member BeDimensional, i samarbete med ENEA har framgångsrikt kombinerat grafen med tandem perovskit-kisel solceller för att uppnå effektivitet på upp till 26,3%.

Dessutom, de tänkte sig en ny tillverkningsmetod som, tack vare mångsidigheten hos grafen, gör det möjligt att minska produktionskostnaderna och kan leda till produktion av solpaneler i stort område. Grafenbaserade tandemsolceller dubblar nästan effektiviteten hos rent kisel.

Fysiklagarna begränsar kiselsolcellernas maximala effektivitet till 32%. Av den anledningen, forskare har spenderat årtionden på att komma på andra alternativ, såsom III-V och perovskiter. Dock, de senare utgör flera tillverkningsutmaningar, och att skala upp produktionen av solpaneler är ett viktigt steg mot framgång. Med tandemceller, "forskare hade tidigare kombinerat fördelarna med både kisel och perovskiter - dock stabilitet, effektivitet och storskalig tillverkning verkade fortfarande som en långfjädrad dröm.

Men sedan spelade grafen in - och det kan vara en spelväxlare. Forskare från Graphene Flagship identifierade dess potential för energiupptagning, och har faktiskt tillägnat två olika branschinriktade "Spearhead Projects" för att gräva i möjligheterna med grafenbaserade solceller.

Detta nya papper publicerades i Joule , med titeln "Mekaniskt staplade, tvåterminal grafenbaserad perovskit/kisel tandem solcell med 25,9% stabiliserad effektivitet, "är ännu ett bevis på att grafen och relaterade skiktade material kommer att möjliggöra kommersialisering av mer effektiva och kostnadseffektiva stora solpaneler.

Aldo di Carlo, huvudförfattare och forskare i Graphene Flagship -partner Universitetet i Rom Tor Vergata, förklarar:"Vår nya metod för att tillverka grafenaktiverade tandemsolceller ger en dubbel fördel. Först, det kan tillämpas för att förbättra alla de olika typerna av perovskit -solceller som för närvarande finns tillgängliga, inklusive de som bearbetas vid höga temperaturer. Men ännu viktigare, vi kan införliva vår grafen med hjälp av de utbredda lösningsframställningsmetoderna, "nyckeln för att ytterligare distribuera vår teknik industriellt och leverera stora ytor, grafenaktiverade solpaneler. "

Francesco Bonaccorso, medförfattare, medgrundare av Graphene Flagship spin-off BeDimensional, säger:"Detta innovativa tillvägagångssätt som föreslås inom ramen för Graphene Flagship är det första steget mot utvecklingen av tandemsolceller som ger en effektivitet som är högre än gränsen för enkelkorsade kiselanordningar. Skiktade material kommer att vara avgörande för att nå detta mål."

Emmanuel Kymakis, Graphene Flagship Energy Generation Work Package Leader, säger:"Det finns några kompatibilitetsproblem som måste hanteras innan fullt utnyttjande av PV-konceptet perovskite-Si tandem. Detta banbrytande arbete visar att integrationen av GRM-bläck med on-demand-morfologi och justerbara optoelektroniska egenskaper i en tandemstruktur, kan leda till industriell tillverkning med hög kapacitet. Grafen och tillhörande material förbättrar prestandan, stabilitet och skalbarhet för dessa enheter. Den staplade kisel-perovskit-konfigurationen kommer att fungera som grunden för det nya Graphene Flagship Spearhead Project GRAPES, där en pilotlinjetillverkning av grafenbaserade perovskit-kiseltandemsolceller kommer att äga rum, banar väg för att bryta effektivitetsbarriären på 30% och en betydande minskning av den nivåiserade energikostnaden. "

Andrea C. Ferrari, Vetenskaps- och teknikansvarig för Graphen Flagship och ordförande för dess ledningspanel, tillägger:"Tillämpningen av grafen och relaterade material på solenergiproduktion erkändes som en strategisk prioritet sedan starten av Graphen Flagship. Den första grafenbaserade solparken startas i år. Dessa nya resultat ligger till grund för vårt arbete för efter tre år för att producera paneler som definierar teknikens ståndpunkt. Detta visar också hur Graphen Flagships arbete starkt anpassar sig till FN:s mål för hållbar utveckling.