Forrás: solliance.eu
Balról jobbra: Yifeng Zhao (TU-Delft), Mehrdad Najafi (TNO), Valerio Zardetto (TNO) és Dong Zhang (TNO) (fotó: Niels van Loon)
EINDHOVEN, 2022. szeptember 26. – A TNO, a TU Eindhoven, az imec és a TU Delft, a Solliance partnerei egyesítették erőiket, hogy tovább növeljék a tandem napelemek átalakítási hatékonyságát a mai kereskedelmi napelemes (PV) modulok korlátain. A tanúsítvánnyal ellátott felső cellával rendelkező, négyterminális perovszkit/szilícium tandem eszközök először lépik át a 30 százalékos akadályt. Az ilyen nagy hatásfok nagyobb négyzetméterenkénti teljesítményt és alacsonyabb kWh-nkénti költséget tesz lehetővé. Az eredményt a milánói 8. fotovoltaikus energiaátalakítási világkonferencián (WCPEC-8) mutatják be, és a feltörekvő perovszkit napelem és a hagyományos szilícium napelem-technológiák kombinálásával érték el. Az átlátszó érintkezőkkel rendelkező perovszkit cella, amely a tandem köteg része, független tanúsítvánnyal rendelkezik.
Ezenkívül a nagy teljesítménysűrűség elérése több lehetőséget teremt ezeknek a napelemeknek az építkezésekbe és az épületelemekbe való integrálására, így több meglévő felületet lehet PV-modulokkal lefedni. A 30 százalékos korlát áttörése tehát nagy lépés az energiaátállás felgyorsítása és a fosszilis tüzelőanyagoktól való függőség csökkentése révén az energiabiztonság javítása felé.
A KÉT VILÁG LEGJOBBJA
A tandem eszközök a napspektrum jobb kihasználása miatt nagyobb hatásfokot érhetnek el, mint az egycsatlakozású napelemek. A jelenleg feltörekvő tandemek a kereskedelmi forgalomban lévő szilícium technológiát az alsó eszközhöz ötvözik a perovszkit technológiával: az utóbbi az ultraibolya és a látható fény rendkívül hatékony konverzióját, valamint a kiváló átlátszóságot közeli infravörös fényké. A négyterminális (4T) tandem készülékekben a felső és az alsó cellák egymástól függetlenül működnek, ami lehetővé teszi különböző alsó cellák alkalmazását az ilyen típusú készülékekben. A kereskedelemben kapható PERC technológia, valamint a prémium technológiák, mint a heterojunction vagy a TOPCon, vagy a vékonyfilmes technológia, mint a CIGS, megvalósíthatók egy 4T tandem készülékben, a napelemek alig módosíthatók. Ezenkívül a négy terminálos architektúra egyenesen lehetővé teszi a bifaciális tandemek megvalósítását az energiahozam további növelése érdekében.
Hollandiából és Belgiumból származó kutatók sikeresen 19,7%-ra javították a félig átlátszó perovszkit cellák hatékonyságát 3 × 3 mm2 felülettel az ESTI (Olaszország) tanúsítása szerint. "Az ilyen típusú napelemek rendkívül átlátszó hátsó érintkezővel rendelkeznek, amely lehetővé teszi, hogy a közeli infravörös fény több mint 93 százaléka elérje az alsó eszközt. Ezt a teljesítményt a félig átlátszó perovszkit napelemek összes rétegének optimalizálásával érték el fejlett optikai és elektromos szimulációk segítségével útmutatóként szolgál a laboratóriumi kísérleti munkához." – mondja Dr. Mehrdad Najafi, a TNO-tól. "A szilícium eszköz egy 20×20-mm2 széles, heterojunkciós napelem, amely optimalizált felületi passzivációval, átlátszó vezető oxidokkal és rézbevonatú elülső érintkezőkkel rendelkezik a legkorszerűbb hordozó extrakció érdekében" - mondja Yifeng Zhao PhD hallgató. TU Delft, amelynek eredményeit a közelmúltban szakértői felülvizsgálták. A perovszkit alá optikailag egymásra helyezett szilícium eszköz 10,4 százalékos hatékonysági ponttal járul hozzá a teljes napenergia-átalakításhoz.
Összességében 30,1 százalék a konverziós hatásfoka ennek a nem területre illesztett, egymástól függetlenül működő 4T tandem készüléknek. A világ legjobb hatékonyságát általánosan elfogadott eljárások szerint mérik.
NÉGY TERMINÁLIS TANDEM PV MODUL JÖVŐJE
Ez még nem minden, ha ezt a rendkívül átlátszó perovszkit cellát más szilícium alapú technológiákkal kombinálják, mint például a hátérintkezőkkel (fém áttekercselő és interdigitált hátsó érintkezőcellák) és a TOPCon napelemekkel, szintén megközelítőleg 30 százalékos konverziós hatásfok érhető el. Ez demonstrálja a rendkívül átlátszó perovszkit napelemekben rejlő lehetőségeket és rugalmasságukat a már kereskedelmi forgalomba hozott technológiákkal kombinálható.
A számos inkumbens technológián elért világ legjobb hatékonysága további mérföldkövet jelent az ipari bevezetés felé. "Most már ismerjük az összetevőket, és képesek vagyunk szabályozni azokat a rétegeket, amelyek szükségesek a 30 százalék feletti hatékonyság eléréséhez. Ha egyesítjük az elmúlt években összegyűjtött skálázhatósági szakértelmet és tudást annak érdekében, hogy az anyagokat és folyamatokat nagy területen terjesszük el, akkor összpontosítani tudunk ipari partnereket, hogy ezt a technológiát 30 százalékot meghaladó hatékonysággal a tömeggyártásba vigyék” – mondja Prof. Gianluca Coletti, a TNO Tandem PV technológiai és alkalmazási programvezetője.
