رکورد جهانی جدیدی برای کارایی سلول های خورشیدی پشت سر هم

13 آوریل 2023 – توسط دانشگاه علم و صنعت ملک عبدالله -دکتر اسما اوگور، دانشجوی فوق دکتری KAUST، سلول خورشیدی پشت سر هم پروسکایت/سیلیکون را که او و محققان تیم در آزمایشگاه فتوولتائیک KAUST توسعه داده‌اند، به نمایش می‌گذارد که به عنوان کارآمدترین سلول خورشیدی پشت سر هم سیلیکون/پروسکایت در جهان با 33.2% PCE شناخته می‌شود. اعتبار: 2023 KAUST

سلول های خورشیدی سیلیکونی کریستالی بازار جهانی فتوولتائیک را با راندمان ماژول حدود 20 تا 22 درصد تسلط دارند. با این حال، حوزه انرژی خورشیدی به دنبال مواد و رویکردهای نوآورانه‌ای است که بازدهی بالاتری را در حمایت از اهداف انرژی تجدیدپذیر جهانی به همراه داشته باشد.

سلول‌های خورشیدی پشت سر هم که سلول‌های فرعی سیلیکون و پروسکایت را ترکیب می‌کنند، به‌طور گسترده به‌عنوان یک جایگزین بسیار امیدوارکننده، با کارایی بالا و قابل دوام برای سلول‌های خورشیدی کریستالی معمولی در نظر گرفته می‌شوند و دانشگاه علم و فناوری ملک عبدالله (KAUST) رهبری این مسئولیت را بر عهده دارد. محققان آزمایشگاه فتوولتائیک KAUST (KPV-Lab) مرکز خورشیدی KAUST یک سلول خورشیدی پشت سر هم پروسکایت/سیلیکون با راندمان تبدیل توان (PCE) 33.2% تولید کرده‌اند که بالاترین راندمان دستگاه پشت سر هم در جهان تا به امروز است که از آن فراتر رفته است. رکورد Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) با 32.5٪ PCE.

دستگاه پشت سر هم توسط تاسیسات آزمایش خورشیدی اروپا (ESTI) تایید شده و در بالای جدول کارایی بهترین سلول تحقیقاتی آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر (NREL) قرار گرفته است.

این تیم به رهبری دکتر استفان دی وولف، استاد علوم و مهندسی مواد و مدیر موقت مرکز خورشیدی KAUST، از سال 2016 به طور پیوسته در حال تکمیل مفهوم سلول پشت سر هم پروسکایت/سیلیکون بوده است – مواد، روش‌ها و ساختارهای دستگاه جدید را توسعه داده است. مقابله با چالش های اساسی، مانند نحوه پوشش یکنواخت سطح هرمی سلول های سیلیکونی به اندازه میکرومتر با مواد پروسکایت.

سلول خورشیدی پشت سر هم حاصل، سلول‌های بالایی پروسکایت را روی سلول‌های زیرین سیلیکونی بافت‌دار دو طرفه با سازگاری صنعتی ترکیب می‌کند. لایه رویی پروسکایت نور آبی را به بهترین شکل جذب می کند، در حالی که پایه سیلیکونی نور قرمز را به بهترین شکل جذب می کند. ترکیب این مواد جذب و تبدیل نور خورشید به الکتریسیته را با کارایی بیشتری نسبت به آنالوگ های سیلیکونی تک اتصالی معمولی به حداکثر می رساند.

این نوآوری یک پیشرفت قابل توجه در زمینه انرژی خورشیدی است در زمانی که پیش‌بینی‌های بازار تخمین می‌زند که فناوری‌های پشت سر هم پروسکایت/سیلیکون تا سال 2032 بیش از 10 میلیارد دلار از سهم بازار جهانی فتوولتائیک را شامل می‌شود.

د ولف گفت: این رکورد جدید بالاترین PCE در میان سلول‌های خورشیدی دو پیوندی در زیر نور غیر متمرکز است، که وعده فوق‌العاده دو طرفه پروسکایت/سیلیکون را برای ارائه ماژول‌های فتوولتائیک با کارایی فوق‌العاده تایید می‌کند، که برای دستیابی سریع به اهداف انرژی تجدیدپذیر در راستای مبارزه تغییرات آب و هوایی بسیار مهم است.

دانش و مهارت های جمعی چندین محقق اصلی به دستاوردهای اخیر کمک کرده است، به ویژه دکتر اسما اوگور، که در طیف سنجی نوری و تجزیه و تحلیل و تجسم عیوب سلولی تخصص دارد. دکتر ارکان آیدین، متخصص مقیاس پذیری و پایداری سلول های خورشیدی پشت سر هم فوق کارآمد. و دکتر توماس آلن، که بر رشد سلول های پایین c-Si تمرکز دارد.

این تیم در حال حاضر در حال بررسی روش‌های مقیاس‌پذیر برای تولید سلول‌های پشت سر هم پروسکایت/سیلیکون در مقیاس صنعتی با مساحت بیش از 240 سانتی‌متر مربع، و همچنین راهبردهایی برای دستیابی به دستگاه‌های پشت سر هم بسیار پایدار است که پروتکل‌های پایداری صنعتی حیاتی را پاس می‌کنند.