Вчені досягли 21,68% ефективності прозорих сонячних батарей

Дослідницький відділ фотовольтаїки Корейського інституту енергетичних досліджень у співпраці з KIER Energy AI and Computational Science Lab досяг прогресу в підвищенні довговічності та продуктивності напівпрозорих перовскітних сонячних батарей. Ці елементи є перспективними для застосування у будівництві вікон і в розробці тандемних сонячних елементів.

Напівпрозорі сонячні батареї досягли рекордного ККД 21,68%, що робить їх найефективнішими серед перовскітних сонячних елементів з прозорими електродами у світі. Крім того, вони продемонстрували надзвичайну довговічність: понад 99% початкової ефективності зберігалося після 240 годин роботи.

Прагнення до вуглецевої нейтральності та сонячних інновацій

Щоб досягти вуглецевої нейтральності до 2050 року, ключовим моментом є досягнення «надвисокої ефективності» та «диверсифікації областей застосування» технології сонячних елементів наступного покоління, подолання обмежень у місцях встановлення та площі національної території. Це вимагає ефективних і багатофункціональних технологій, таких як тандемні сонячні батареї та сонячні батареї для вікон. В обох технологіях потрібні високоефективні та стабільні напівпрозорі перовскітові сонячні елементи.

Для виготовлення напівпрозорих перовскітних сонячних елементів необхідно замінити металеві електроди звичайних непрозорих сонячних елементів на прозорі електроди, які пропускають світло. Під час цього процесу генеруються частинки високої енергії, що призводить до погіршення продуктивності шару транспортування дірок.

Щоб запобігти цьому, прийнято наносити шар оксиду металу, який діє як буфер між шаром транспортування дірок і шаром прозорого електрода. Однак порівняно з непрозорими сонячними елементами, виробленими за тих самих умов, властивості перенесення заряду та стабільність напівпрозорих пристроїв знижуються, а точні причини та рішення не з’ясовані.

Прорив у розумінні та покращенні стабільності сонячних елементів

Дослідники використовували електрооптичний аналіз і обчислювальну науку на атомному рівні, щоб визначити причини зниження властивостей транспортування заряду та стабільності, які виникають під час виготовлення напівпрозорих перовскітних сонячних елементів. Завдяки цьому вони виявили, що іони літію (Li), додані для підвищення електропровідності шару транспортування дірок, дифундують у шар оксиду металу, який служить буфером, в кінцевому підсумку змінюючи електронну структуру буферного шару оксиду металу на деградацію. його характеристики.

Крім того, крім виявлення причини, дослідники вирішили проблему, оптимізувавши час окислення діркового транспортного шару. Вони виявили, що перетворення іонів літію на стабільний оксид літію (LixOy) за допомогою оптимізованого окислення пом’якшує дифузію іонів літію, тим самим підвищуючи стабільність пристрою. Це відкриття показує, що оксид літію, який раніше вважався простим побічним продуктом реакції, може відігравати вирішальну роль у підвищенні ефективності та стабільності.

Результатом розробленого процесу стали перовскітові сонячні елементи з вражаючою ефективністю 21,68%, найвищою серед усіх перовскітових сонячних елементів з прозорим електродом. Крім того, це дослідження продемонструвало вражаюче збереження понад 99% його початкової ефективності протягом 400 годин у темному зберіганні та протягом понад 240 годин в умовах постійного освітлення, демонструючи його видатну ефективність і стабільність.

Впровадження у двосторонніх тандемних сонячних елементах

Дослідницька група пішла далі й застосувала розроблені сонячні батареї як верхню комірку тандемних сонячних елементів, створивши перші в країні двосторонні тандемні сонячні батареї, які використовують світло, відбите від задньої поверхні, а також те, що падає від передньої поверхні. У співпраці з Jusung Engineering Co., Ltd. і Німецьким дослідницьким центром Jülich двосторонні тандемні сонячні батареї досягли високої двосторонньої еквівалентної ефективності 31,5% для конфігурацій з чотирма полюсами та 26,4% для конфігурацій з двома полюсами за умов, коли відбите світло від позаду було 20% стандартного сонячного світла.

Доктор Ан Седжін з Дослідницького відділу фотовольтаїки, керівник дослідження, заявив: «Це дослідження є значним прогресом у цій галузі, вивчаючи процес деградації, що відбувається на межі розділу органічної сполуки та буферного шару оксиду металу, який унікальний для перовскітові сонячні батареї», і додав: «Наше рішення легко реалізувати, демонструючи великий потенціал для майбутнього використання розроблених нами технологій».