Grafiskt abstrakt. Kredit:ACS Energy Letters (2022). DOI:10.1021/acsenergylett.2c01142
En solcellsmodul som minskar cell-till-modul-förluster har utvecklats av KAUST-forskare efter en omprövning av modulens optiska design och hur den ska staplas.
Forskningslaboratorier runt om i världen arbetar för att ständigt förbättra solcellernas effektivitet. Men att använda dessa enheter i den verkliga världen är en extra utmaning. Till exempel behöver solceller byggas in i moduler som kan skydda de känsliga materialen från tuffa miljöer. Dessa moduler kan minska effektomvandlingseffektiviteten och därmed förlora de prestandavinster som så flitigt vunnits i laboratoriet.
Lujia Xu, Stefaan De Wolf och deras KAUST-kollegor har konstruerat en mer effektiv solcellsmodul med en förbättrad optisk design. Solcellerna som användes av teamet var gjorda av en kombination av två ljusabsorberande halvledare:en kisel och den andra gjord av ett perovskitmaterial. Kisel är nu ett väletablerat material inom solcellstillverkning. Och medan perovskiter är ett framväxande material, har det redan visat sig att lägga till ett tunt lager ovanpå kiseln förbättra prestandan med en acceptabel kostnadsökning.
Dessa så kallade tandemsolceller från perovskit-kisel har tidigare uppvisat effektivitetsvinster i optisk-till-elektrisk energiomvandling så hög som 30 %. Och teoretisk modellering har visat att den kan gå så högt som 45%. Men när KAUST-teamet satte in sina tandemsolceller i en modul fann de att verkningsgraden sjönk från 28,9 % till 25,7 %. Deras modul gjordes genom att lägga solcellerna mellan två glasskivor, med insidan fylld med termoplastisk polyuretan för att kapsla in solcellerna.
Teamet tror att minskningen av effektiviteten beror på ett brytningsindexfel efter införandet av glas och polyuretan direkt på solceller utan cell-till-modul-optimering, vilket resulterar i ökad reflektion av det inkommande ljuset. Och så beslutade teamet att minska denna frontreflektionsförlust genom en optisk omdesign av modulen genom brytningsindexteknik.
Genom att flytta en film av magnesiumfluorid från toppen av cellen till toppen av det främre glaset minskade de brytningsindexmissanpassningen, vilket uppnådde effektiv ljusinkoppling.
"Denna enkla optimering möjliggör effektivt den högsta kortslutningsströmtätheten - relaterad till den maximala ström som kan dras från enheten - som rapporteras i litteraturen för monolitiska perovskit/kisel tandem solcellsmoduler, vilket resulterar i en effektomvandlingseffektivitetsökning från 25,7 % till 26,2 %", säger Xu. "Vi hoppas nu kunna utforska hur olika material och texturering av materialytan kan minska de nuvarande förlusterna från celler till moduler ytterligare."
Studien publiceras i ACS Energy Letters . + Utforska vidare
