 Укладка двух солнечных батарей одну над другой имеет свои преимущества. Так как энергия «собирается» в два этапа, в целом солнечный свет может быть преобразован в электричество более эффективно. Исследователи EMPA создали процедуру, позволяющую производить тонкую пленку тандемных солнечных батарей, в которых используется тонкий слой перовскита. Обработка перовскитом происходит при температуре 50 градусов по Цельсию, и такой процесс потенциально применимы для недорогого рулонного производства в будущем.
То, что является верным для бритвы с двойным лезвием, также верно для солнечных батарей: два шага работают более тщательно, чем один. Две солнечные батареи укладываются одна поверх другой. Верхний элемент является полупрозрачным и эффективно преобразует большие фотоны в электричество, в то время как нижний элемент преобразует оставшиеся или переданные фотоны низкой энергии в оптимальном порядке. Эти «тандемные» элементы, выращенные на очень дорогих хрустальных пластинах, рассматриваются как привлекательные для массового производства недорогой солнечной электроэнергии. Команде исследователей в настоящее время удалось сделать тандем солнечных элементов, основанные на поликристаллических тонких пленках, и такие методы подходят для большой площади обработки при низкой стоимости. Гибкий пластик или металлическая фольга также могут быть использованы в качестве субстрата в будущем. Это знаменует собой важную веху на пути к массовому производству высокоэффективных солнечных элементов с помощью экономичных процессов.
Секрет нового процесса заключается в том, что исследователи создали верхнюю перовскитовую пленку с низкотемпературной процедурой всего в 50 градусов по Цельсию. Это обещает экономию энергии и экономичную стадию производства для будущих производственных процессов. Тандем солнечных батарей привел к КПД 20.5% при преобразовании света в электроэнергию. Уже с первой попытки исследователи подчеркивают, что они имеют много больше возможностей, чтобы предложить улучшенную конверсию солнечного спектра в электричество.
Ключом к этому двойному успеху было развитие полупрозрачного солнечного элемента со средней прозрачностью в 72% и эффективностью в 14.2%, сделанного из метиламмония йодистого свинца, осажденного в виде мельчайших кристаллов перовскита. Перовскит выращивают на тонкой прослойке, изготовленной из вещества, сокращенного как PCBM (фенил-C61-бутановой кислоты метиловый эфир) используется. Каждая молекула PCBM содержит 61 атом углерода, соединенных между собой в форме футбольного мяча. Перовскитовую пленку получают путем сочетания осаждения из паровой фазы и центрифугирования на этот слой, который имеет крошечную структуру, с последующим отжигом при «теплой» температуре. Этот чудесный перовскитовый кристалла поглощает синий и желтый спектр видимого света и преобразует их в электричество. В отличие от этого, красный свет и инфракрасное излучение просто передаются через кристалл. В результате исследователи могут прикрепить дополнительный солнечный элемент под полупрозрачной перовскитовой клеткой, чтобы превратить остальной свет в электричество.
Для нижнего слоя тандемных солнечных элементов, исследователи использовали элемент CIGS (медный индиевый галлиевый диселенид), который они исследовали в течение многих лет. На основании элемента CIGS, мелкое производство уже ведется для гибких солнечных батарей.
Преимущество тандемных солнечных элементов заключается в том, что они лучше используют солнечный свет. Солнечный элемент может только конвертировать излучение с энергией более высокого уровня, чем ширины запрещенной зоны используемого полупроводника. Если излучение слабее, то электричество не генерируется. Если излучение выше по энергии, то избыток энергии излучения преобразуется в тепло и теряется. Солнечные батареи двойного слоя, такие как перовскитовые элементы CIGS, могут объединить вещества с различными запрещенными зонами и, таким образом преобразовать большую долю солнечной энергии в электричество.
В то время как очень хорошие однослойные поликристаллические солнечные батареи могут практически преобразовать максимум 25% солнечной энергии в электричество, тандемные солнечные элементы могут увеличить эту цифру до 30%. Однако будет необходимо много научно-исследовательской работы, прежде чем такое станет возможно. Для этой цели исследователям понадобится много междисциплинарного опыта и большое число комбинаторных экспериментов.
При производстве электричества от солнечной энергии, только половина расходов уходит на сам солнечный модуль. Другая половина расходов включает в себя инфраструктуру: инверторы, кабели, носители для клеток, затраты на инжиниринг и монтаж. Эти дополнительные издержки снижаются, когда солнечные элементы становятся более эффективными и могут быть построены в меньших размерах. Как следствие, эффективные солнечные элементы являются ключом к недорогой возобновляемой электроэнергии.
|
