Ein Forscherteam unter der Leitung von Professorin Anita Ho{0}}Baillie, John Hooke Chair of Nanoscience an der University of Sydney in Australien, stellte einen neuen Solartechnologierekord für die weltweit größte Triple{1}}Junction-Perowskit-Perowskit--Silizium-Tandemsolarzelle auf.
Ihre 16 cm2Die Triple{0}}Junction-Zelle verfügt über einen konstanten-Leistungsumwandlungswirkungsgrad von 23,3 % (unabhängig zertifiziert), was der höchste Wert ist, der für ein großflächiges-Gerät dieser Art gemeldet wurde. Ihr Team hat auch ein 1-cm-Modell erstellt2Zelle mit einem Wirkungsgrad von 27,06 %, die neue Maßstäbe für die thermische Stabilität setzte (siehe Video).
Der Drang nach Effizienzgewinnen wird durch „größeren Spielraum für die Leistungsumwandlungseffizienz“ vorangetrieben,-da die theoretische Effizienzgrenze für einen Dreifachübergang bei etwa 51 % liegt, während sie für einen Doppelübergang bei etwa 45 % liegt“, sagt Ho-Baillie, der auch dem Net Zero Institute der University of Sydney angehört. „Ein einzelner Übergang beträgt 33 %, wenn die Bandlücke der Solarzelle nicht eingeschränkt ist, aber nur 30 % für Silizium.“
Bei Multijunction-Tandem-Solarzellen werden Solarzellen mit unterschiedlichen Bandlücken gestapelt,-wobei die höchste auf der der Sonne-zugewandten Seite-liegt, damit jede Zelle Teile des Sonnenspektrums effizienter in elektrische Energie umwandeln kann und Sub{3}Bandlücken- und Thermalisierungsverluste minimiert werden.
„In einer Zelle mit zwei-Übergängen beispielsweise wandelt der obere Übergang mit breiter-Bandlücke höhere Photonenenergie in elektrische Energie um und tut dies effizienter als ein Übergang mit schmalerer Bandlücke-, was den Thermalisierungsverlust reduziert“, erklärt Ho-Baillie. „Das Photon mit niedrigerer -Energie passiert den oberen Übergang mit breiter -Bandlücke und wird von dem unteren Übergang mit schmalerer Bandlücke für die elektrische Energieumwandlung absorbiert. Wenn der untere Übergang nicht vorhanden wäre, führen solche Photonen mit niedrigerer -Energie zu einem Nichtabsorptionsverlust mit kleinerer Bandlücke.“
Optische Designs
Um die beteiligten optischen Designs zu veranschaulichen, sind die beiden oberen Perowskit-Übergänge des Teams durch Goldnanopartikel elektrisch miteinander verbunden. „Wir verwendeten optische Modellierung, um die Auswirkung der Nanopartikelbedeckung auf den optischen Verlust zu simulieren, und elektrische Modellierung, um den ohmschen Kontakt zu simulieren, den das Nanopartikel herstellt“, erklärt Ho-Baillie. „Ein Gleichgewicht wird erreicht, wenn eine ausreichende Anzahl an Nanopartikeln vorhanden ist, um einen minimalen optischen Verlust zu erzielen, ohne die elektrische Leistung zu beeinträchtigen.“
Ho-Baillies Team verbesserte auch die Stabilität und Leistung des Perowskit-Übergangs mit großer Bandlücke (1,91 -eV), indem es „Rubidium durch das weniger stabile Methylammonium im Perowskit und Piperaziniumdichlorid (PDCI) durch das weniger stabile Lithiumfluorid als Oberflächenpassivierungsschicht ersetzte“, sagt sie.
Ho-Baillies Beharrlichkeit, das ultradünne Gold sichtbar zu machen, hat sich wirklich ausgezahlt. „Es muss eine kritische Menge Gold vorhanden sein, damit sich Cluster bilden und zunächst ein halbkontinuierlicher Film entstehen“, sagt sie. „Mehr Gold ermöglicht das Wachstum eines kontinuierlichen Films. Unterhalb der kritischen Clustermenge wird Gold in Form von Nanopartikeln vorliegen. Was unsere Ergebnisse interessant macht, ist, dass Filme -kontinuierlich oder nicht kontinuierlich-nicht benötigt werden, um zwei Übergänge zu verbinden. Nanopartikel reichen, obwohl isoliert, für den ohmschen Kontakt zwischen den Übergängen für den vertikalen Ladungsträgertransport aus-bei gleichzeitiger Minimierung optischer Verluste.“
Was bedeutet dieser Effizienzrekord für die Branche? „Unsere Demonstration liefert Einblicke in wichtige Materialeigenschaften für zukünftige Effizienzsteigerungen“, sagt Ho-Baillie. „Die Verlustanalyse liefert auch Empfehlungen für zukünftige Effizienzverbesserungen-sowohl für kleine- als auch großflächige-Geräte. Als Nächstes: Eine 30 %-Dreifachverbindung, die auf 40 % zusteuert.“
Die Arbeit des Teams umfasste Partner aus China, Deutschland und Slowenien und erhielt Unterstützung von der Australian Renewable Energy Agency und dem Australian Research Council.
