Tandemowe ogniwa PV osiągają 30% – czas skupić się na stabilności

Badacze z Helmholtz Zentrum Berlin ustanowili w zeszłym roku światowy rekord sprawności ogniw tandemowych perowskit-krzem – 29,15%. Od tego czasu badacze zagłębiają się w mechanizmy stojące za imponującą wydajnością tych paneli. Ich najnowsze prace pokazują, że przy obecnym projekcie ogniwa powinna być możliwa długoterminowa stabilność przy sprawności do 32,4%.
Po kilku latach szybko rosnących rekordów wydajności, w 2020 roku badania nad perowskitowymi ogniwami słonecznymi przesunęły się w kierunku pełniejszego zrozumienia mechanizmów stojących za imponującymi osiągami tych materiałów. Przyjrzenie się bliżej tym materiałom, a także procesom zachodzącym na styku warstw komórek, szczególnie w tandemowych ogniwach PV, pomoże naukowcom zrozumieć, jak jeszcze bardziej zwiększyć ich sprawność oraz spowolnić degradację.
Kontynuując prace nad rekordowym ogniwem, grupa donosi teraz o samoorganizującej się monowarstwie umieszczonej między perowskitem a ogniwami krzemowymi, co poprawiło zarówno współczynnik wypełnienia, jak i stabilność urządzenia. Dzięki tej warstwie udało się uzyskać komórkę fotowoltaiczną, która zachowała 95% swojej początkowej wydajności po 300 godzinach w symulowanym oświetleniu słońcem i to bez hermetyzacji.
„Najpierw przygotowaliśmy idealne łóżko, by tak rzec, na którym kładzie się perowskit” wyjaśnia Amran Al-Ashouri, badacz z HZB. „Zoptymalizowaliśmy tak zwany współczynnik wypełnienia, na który ma wpływ liczba utraconych nośników ładunku w drodze z górnej komórki perowskitu” wyjaśnia Al-Ashouri. „Zauważyliśmy, że ekstrakcja dziur jest znacznie wolniejsza niż ekstrakcja elektronów, co ogranicza współczynnik wypełnienia”.
Wyniki przedstawiono w artykule, opublikowanym w prestiżowym czasopiśmie Science. Przedstawiono w nim również nowe metody oceny zarówno współczynnika wypełnienia, jak i transferu ładunku w ogniwach tandemowych, stwierdzając, że przy obecnej strukturze ogniwa tandemowego dalsze ulepszenia powinny umożliwić zwiększenie wydajności do teoretycznego limitu 32,4%.