Dwustronne perowskitowe ogniwa słoneczne, kolejny rynek zbytu inwestycji?

Jako przedstawiciel trzeciej generacji niekrzemowych baterii cienkowarstwowych, baterie perowskitowe od chwili swoich narodzin cieszą się dużym zainteresowaniem. Producenci fotowoltaiki, rynki kapitałowe i grupy badawczo-rozwojowe mają ogromne oczekiwania w stosunku do perowskitowych ogniw słonecznych.

W porównaniu ze zwykłymi ogniwami słonecznymi z krzemu krystalicznego dostępnymi na rynku, ogniwa słoneczne perowskitowe mają ponad 10 razy większą zdolność pochłaniania światła w porównaniu z krzemem krystalicznym, a wydajność konwersji stale się poprawia. Są również stosunkowo lekkie i cienkie, mają bogate możliwości zastosowania i stosunkowo niskie koszty produkcji materiałów. Wadą jest to, że stabilność jest stosunkowo słaba, a żywotność jest stosunkowo krótka.

Jednak innowacje technologiczne i ulepszenia dotyczące perowskitu stale się przebijają. Niektórzy skupiają się na mieszaniu perowskitu i krystalicznego krzemu w celu wytworzenia skumulowanej energii słonecznej. Istnieją również zespoły badawcze, które opracowały dwustronne ogniwa perowskitowe w celu poprawy wydajności.

Kilka dni temu zespół badawczy z Krajowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych stwierdził, że nowo opracowane dwustronne ogniwa słoneczne z perowskitu osiągnęły skuteczność wynoszącą 91% -93%.

Według badań eksperymentalnych dwustronne ogniwa perowskitowe mogą wytwarzać o 20 procent więcej energii elektrycznej niż jednostronne ogniwa perowskitowe.

Badanie zatytułowane „High-Efficiency Bifacial Single-Junction Perovskite Solar Cells” opublikowano w czasopiśmie Joule.

01

Odbiór światła odbitego z tyłu jest zbliżony do wydajności z przodu

Tak zwane dwustronne ogniwo słoneczne perowskitowe, jak sama nazwa wskazuje, oznacza, że ​​obie strony mogą wychwytywać światło słoneczne w celu wytworzenia energii elektrycznej, a światło słoneczne wychwycone z tyłu pochodzi głównie ze światła odbitego pod modułem.

Czy wydajność zostanie znacznie zmniejszona w wyniku pochłaniania odbitego światła?

Sprawność jednostronnych ogniw słonecznych osiągnęła rekordowy poziom 26 proc. Tym razem NREL stwierdził, że wydajność ich strony tylnej wynosi 91-93 procent wydajności strony przedniej, a wydajność strony tylnej może sięgać około 24 procent. Efekt nadal bardzo dobry.

Naukowcy twierdzą, że opracowali dwustronne ogniwo słoneczne z perowskitu o zmodyfikowanej grubości, które osiąga bardzo zbliżoną wydajność przy dwustronnym oświetleniu. Wykorzystali symulacje optyczne i elektryczne, aby określić wymaganą grubość akumulatora.

Aby zaabsorbować większość fotonów w niektórych częściach widma słonecznego, warstwa perowskitu na przedniej stronie dwustronnego ogniwa słonecznego musi być wystarczająco gruba, ale nie tak gruba, aby blokowała fotony. Zespół określił także idealną grubość tylnej elektrody, aby zminimalizować straty rezystancyjne.

Kierując się symulowanymi wartościami, zespół badawczy zaprojektował komórki dwustronne o dokładnej grubości 850 nanometrów. To znacznie mniej niż grubość ludzkiego włosa, który wynosi około 70000 nanometrów.

Naukowcy umieścili ogniwo pomiędzy dwoma symulatorami słońca, aby ocenić wydajność osiągniętą dzięki dwustronnemu oświetleniu. Światło bezpośrednie kierowane jest na przód, natomiast tył otrzymuje światło odbite. Wydajność ogniw perowskitowych wzrasta wraz ze wzrostem stosunku światła odbitego do światła oświetlanego od przodu.

02

Perowskity dwustronne są bardziej ekonomiczne

NREL twierdzi, że celem dwustronnych ogniw perowskitowych jest osiągnięcie sprawności przedniej strony na poziomie sprawności jednostronnej, które zostały opublikowane dla różnych ogniw komercyjnych, np. 28,6% w przypadku Oxford PV, podczas gdy sprawności tylnej strony są bardzo zbliżone do tych poziomów. W ogniwach testowych wydajność konwersji po stronie przedniej wynosiła 23 procent, a wydajność konwersji po stronie tylnej wynosiła 91-93 procent wydajności po stronie przedniej.

„To ogniwo perowskitowe może działać bardzo wydajnie po obu stronach” – powiedział Kai Zhu, starszy naukowiec w Centrum Chemii i Nanonauki w NREL.

Dodał, że chociaż koszt produkcji jest wyższy niż w przypadku ogniw jednostronnych, w dłuższej perspektywie produkcja energii z dwustronnych perowskitów może być o 10-20 procent wyższa niż w przypadku ogniw jednostronnych, co dowodzi, że podwójne perowskity dwustronne są bardziej ekonomiczne.

Badania NREL, finansowane przez Biuro ds. Technologii Energii Słonecznej Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych, znajdują się obecnie na etapie hipotetycznym.

Obecnie jednostronne ogniwa perowskitowe nie są jeszcze produkowane masowo, nie mówiąc już o ogniwach dwustronnych. Branża uważa, że ​​perowskity mogą wejść na rynek fotowoltaiki, zaczynając od dachów i projektów na małą skalę. W tych projektach wysoka wydajność jest ważniejsza niż koszt instalacji, a to wymaga przede wszystkim innowacji w technologii mięśniowo-powięziowej. Jest to obecnie główny problem tych, którzy chcą wprowadzić tę technologię na rynek.

Jednak dwustronna energia słoneczna to kierunek, który społeczność naukowo-badawcza stale eksploruje.

Wcześniej Holenderskie Centrum Badań nad Energią (ECN) ogłosiło, że udało mu się opracować dwustronne tandemowe ogniwo słoneczne perowskitowe o sprawności do 30,2 proc., czyli o jedną trzecią wyższą od sprawności konwencjonalnych ogniw słonecznych (około 20 proc. -22 procent).

W ogniwie zastosowano technologię cienkowarstwowej perowskitu, technologię krzemu krystalicznego i technologię krzemu dwustronnego. Oprócz pochłaniania światła słonecznego z przodu w celu wytworzenia energii elektrycznej, tylna strona może również odbierać światło rozproszone i światło odbite z otoczenia w celu wytworzenia energii elektrycznej. Dlatego ma wyższą kompleksową wydajność wytwarzania energii. Udało mu się przekroczyć granicę jednostronnych ogniw słonecznych i osiągnąć wysoką sprawność konwersji fotoelektrycznej wynoszącą 30,2%.

W Chinach istnieją już przypadki wykorzystania energii słonecznej z dwustronnego krzemu krystalicznego. Projekt fotowoltaiczny Huadian Tianjin Haijing o mocy 1 miliona kilowatów, stanowiący uzupełnienie soli i energii słonecznej, wykorzystuje dwustronną energię słoneczną. Elektrownia „uzupełniająca światło solne” dodała dwustronny projekt wytwarzania energii. Nie tylko górna strona panelu fotowoltaicznego może bezpośrednio przekształcać energię elektryczną, ale tył może również pochłaniać światło słoneczne odbite od powierzchni wody, co może zwiększyć wydajność wytwarzania energii przez elektrownię fotowoltaiczną o 5 procent -7 procent.