Nedre kiselsolcell och övre perovskitsolcell med transparenta kontakter. Kredit:Niels van Loon
TNO, TU Eindhoven, imec och TU Delft, partners i Solliance, gick samman för att ytterligare driva omvandlingseffektiviteten för tandemsolceller över gränserna för dagens kommersiella solcellsmoduler (PV). För första gången passerade fyrterminala tandemenheter av perovskit/kisel med en certifierad toppcell barriären på 30 %. Så hög verkningsgrad möjliggör mer effekt per kvadratmeter och lägre kostnad per kWh. Resultatet presenteras under den åttonde världskonferensen om Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC-8) i Milano, och det har uppnåtts genom att kombinera den framväxande perovskitsolcellen med konventionell kiselsolcellsteknologi. Perovskitecellen, som har transparenta kontakter och är en del av tandemstacken, har certifierats oberoende.
Dessutom kommer att uppnå hög effekttäthet skapa fler möjligheter att integrera dessa solceller i konstruktions- och byggnadselement, så att mer befintlig yta kan täckas med PV-moduler. Att bryta 30%-barriären är därför ett stort steg för att påskynda energiomställningen och förbättra energisäkerheten genom att minska beroendet av fossila bränslen.
Det bästa av två världar
Tandemenheter kan nå högre verkningsgrad än solceller med en enda korsning på grund av ett bättre utnyttjande av solspektrumet. De för närvarande framväxande tandemen kombinerar kommersiell kiselteknologi för bottenenheten med perovskiteteknologi:den senare med högeffektiv omvandling av ultraviolett och synligt ljus och utmärkt transparens till nära infrarött ljus.
I tandemenheter med fyra terminaler (4T) arbetar topp- och bottencellerna oberoende av varandra, vilket gör det möjligt att använda olika bottenceller i denna typ av enheter. Kommersiell PERC-teknik såväl som premiumteknologier som heterojunction eller TOPCon eller tunnfilmsteknologi som CIGS kan implementeras i en 4T tandemenhet med knappt några modifieringar av solcellerna. Dessutom gör fyrterminalsarkitekturen det enkelt att implementera bifacial tandem för att ytterligare öka energiutbytet.
Forskare från Nederländerna och Belgien har framgångsrikt förbättrat effektiviteten hos de halvtransparenta perovskitcellerna upp till 19,7 % med en yta på 3x3 mm2 som certifierats av ESTI (Italien). "Den här typen av solcell har en mycket transparent bakkontakt som gör att över 93 % av det nära infraröda ljuset kan nå bottenenheten. Denna prestanda uppnåddes genom att optimera alla lager av de halvtransparenta perovskite solcellerna med hjälp av avancerade optiska och elektriska simuleringar som en guide för det experimentella arbetet i labbet", säger Dr Mehrdad Najafi på TNO.
"Kiselenheten är en 20x20 mm2 bred, heteroövergångssolcell med optimerad ytpassivering, transparenta ledande oxider och Cu-pläterade frontkontakter för toppmodern utvinning av bärare", säger Yifeng Zhao, Ph.D. student vid TU Delft, vars resultat nyligen har publicerats i Progress in Photovoltaics:Research and Applications . Kiselenheten som är optiskt staplad under perovskiten bidrar med 10,4 % effektivitetspoäng till den totala solenergiomvandlingen.
Tillsammans är 30,1 % konverteringseffektiviteten för denna icke-områdesmatchade 4T-tandemenhet som fungerar oberoende. Världens bästa effektivitet mäts enligt allmänt accepterade rutiner.
Framtiden för fyra terminala tandem PV-moduler
Detta är inte allt:Kombinationen av denna mycket transparenta perovskitcell med andra kiselbaserade teknologier, såsom bakkontakt (metallomslagsceller och interdigiterade bakkontaktceller) och TOPCon-solceller, har också levererat konverteringseffektiviteter som närmar sig 30 %. Detta visar potentialen hos mycket transparenta perovskitsolceller och deras flexibilitet att kombineras med redan kommersialiserad teknologi.
Dessa världsbästa effektivitetsvinster som uppnåtts med en mängd befintliga teknologier är ytterligare en milstolpe mot industriell implementering. "Nu känner vi till ingredienserna och kan kontrollera de lager som behövs för att nå över 30 % effektivitet. När vi kombinerat med skalbarhetsexpertis och kunskap som samlats in under de senaste åren för att föra material och processer till ett stort område, kan vi fokusera med vår industriella partners för att ta med denna teknik med effektivitetsvinster över 30 % till massproduktion", säger Prof. Gianluca Coletti, Program Manager Tandem PV-teknik och applikation på TNO. + Utforska vidare
