Källa:solliance.eu
Från vänster till höger: Yifeng Zhao (TU-Delft), Mehrdad Najafi (TNO), Valerio Zardetto (TNO) och Dong Zhang (TNO) (foto av Niels van Loon)
EINDHOVEN, 26 september 2022 – TNO, TU Eindhoven, imec och TU Delft, partners i Solliance, gick samman för att ytterligare driva omvandlingseffektiviteten för tandemsolceller till bortom gränserna för dagens kommersiella solcellsmoduler (PV). För första gången passerar fyrterminala tandemenheter av perovskite/kisel med certifierad toppcell barriären på 30 procent. Så hög verkningsgrad möjliggör mer effekt per kvadratmeter och lägre kostnad per kWh. Resultatet presenteras under den åttonde världskonferensen om Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC-8) i Milano och har uppnåtts genom att kombinera den framväxande perovskitsolcellen med konventionell kiselsolcellsteknologi. Perovskitecellen som har genomskinliga kontakter och är en del av tandemstacken har certifierats oberoende.
Dessutom kommer att uppnå hög effekttäthet skapa fler möjligheter att integrera dessa solceller i bygg- och byggnadselement, så att mer befintlig yta kan täckas med PV-moduler. Att bryta 30-procentsbarriären är därför ett stort steg för att påskynda energiomställningen och förbättra energisäkerheten genom att minska beroendet av fossila bränslen.
DET BÄSTA AV BÅDA VÄRLDAR
Tandemenheter kan nå högre verkningsgrad än solceller med en enda korsning på grund av ett bättre utnyttjande av solspektrumet. De för närvarande framväxande tandemen kombinerar kommersiell kiselteknologi för bottenenheten med perovskiteteknologi: den senare med högeffektiv omvandling av ultraviolett och synligt ljus och utmärkt transparens till nära infrarött ljus. I fyrterminals (4T) tandemanordningar fungerar topp- och bottencellerna oberoende av varandra vilket gör det möjligt att applicera olika bottenceller i denna typ av anordningar. Kommersiell PERC-teknik såväl som premiumteknologier som heterojunction eller TOPCon eller tunnfilmsteknik som CIGS kan implementeras i en 4T tandemenhet med knappt några modifieringar av solcellerna. Dessutom gör fyrterminalsarkitekturen det enkelt att implementera bifacial tandem för att ytterligare öka energiutbytet.
Forskare från Nederländerna och Belgien har framgångsrikt förbättrat effektiviteten hos de halvtransparenta perovskitcellerna upp till 19,7 procent med en yta på 3×3 mm2 som certifierats av ESTI (Italien). "Den här typen av solcell har en mycket transparent bakkontakt som gör att över 93 procent av det nära infraröda ljuset kan nå bottenenheten. Denna prestanda uppnåddes genom att optimera alla lager av de halvtransparenta perovskite solcellerna med hjälp av avancerade optiska och elektriska simuleringar som en guide för det experimentella arbetet i labbet." säger Dr Mehrdad Najafi från TNO. "Kiselenheten är en 20×20-mm2 bred, heteroövergångssolcell med optimerad ytpassivering, transparenta ledande oxider och Cu-pläterade frontkontakter för toppmodern utvinning av bärare" säger Yifeng Zhao doktorand vid TU Delft, vars resultat nyligen har granskats av experter. Kiselenheten som är optiskt staplad under perovskiten bidrar med 10,4 procent effektivitetspoäng till den totala solenergiomvandlingen.
Tillsammans är 30,1 procent konverteringseffektiviteten för denna icke-områdesmatchade 4T-tandemenhet som fungerar oberoende. Världens bästa effektivitet mäts enligt allmänt accepterade rutiner.
FRAMTIDEN FÖR FYRA TERMINAL TANDEM PV-MODULER
Detta är inte allt, genom att kombinera denna mycket transparenta perovskitcell med andra kiselbaserade teknologier som bakkontakt (metallomslag och interdigiterade bakkontaktceller) och TOPCon-solceller har också levererat konverteringseffektiviteter som närmar sig 30 procent. Detta visar potentialen hos mycket transparenta perovskitsolceller och deras flexibilitet att kombineras med redan kommersialiserad teknologi.
Dessa världsbästa effektivitetsvinster som uppnåtts med en mängd befintliga teknologier är ytterligare en milstolpe mot industriell implementering. "Nu känner vi till ingredienserna och kan kontrollera de lager som behövs för att nå över 30 procents effektivitet. När vi kombinerat med skalbarhetsexpertisen och kunskapen som samlats under de senaste åren för att föra material och processer till ett stort område, kan vi fokusera med vår industriella partners för att ta med denna teknik med effektivitetsvinster över 30 procent till massproduktion", säger Prof. Gianluca Coletti, Program Manager Tandem PV-teknik och applikation på TNO.
