Novice

Nov mejnik v fotovoltaiki s slovenskim podpisom

Datum objave: 10.03.2022

Mejnik

 

Dr. Marko Jošt in sodelavci Laboratorija za fotovoltaiko in optoelektroniko (LPVO) Fakultete za elektrotehniko Univerze v Ljubljani pod vodstvom prof. dr. Marka Topiča nadaljujejo z uspehi na področju raziskav perovskitnih tandemskih sončnih celic. Po razvoju in izdelavi rekordne 25.5% perovskitno-silicijeve sončne celice v letu 2018 in ter sodelovanju pri razvoju nove rekordne celice iste tehnolgije z učinkovitostjo pretvorbe 29.2% v letu 2020, beležijo nov mejnik. V zaključku svojega podoktorskega usposabljanja na Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) je dr. Marko Jošt s sodelavci izdelal perovskitno-CIGS tandemsko sončno celico z do zdaj največjo, 24,2 % učinkovitostjo pretvorbe svetlobne energije v električno, pri čemer so s sodelavci iz LPVO izvajali optimizacijo z optičnimi simulacijami. Rezultate raziskav, ki so plod bilateralnega nemško-slovenskega projekta TAPAS, so dr. Marko Jošt kot prvi avtor, mlada raziskovalka Špela Tomšič, izr. prof. dr. Benjamin Lipovšek in prof. dr. Marko Topič kot soavtorji, objavili v prestižni reviji ACS Energy Letters (faktor vpliva znaša 23,1), ki sodi med 5 najboljših mednarodnih znanstvenih revij s področja energetike in nanoznanosti.

Nov rekordni mejnik za monolitno perovskitno-CIGS tandemsko sončno celico je tako certificirana učinkovitost pretvorbe energije 24,2% pod standardnimi testnimi pogoji, kar so potrdili v neodvisnem laboratoriju CalLab na Frauenhoferjevem inštitutu ISE. Tandemska celica je sestavljena iz perovskitne zgornje celice in spodnje celice na osnovi halkopiritnega materiala CIGS; učinkovitost pretvorbe 24.2% pa je za to kombinacijo najvišja do sedaj. Najučinkovitejše perovskitne tandemske sončne celice so sicer perovskitno-silicijeve, a imajo perovskitno-CIGS določene prednosti, saj so izredno tanke (pod 3 μm) in jih lahko naredimo upogljive, poleg tega pa so zaradi dobre odpornosti na visokoenergijsko sevanje primerne tudi za uporabo v vesolju.

V članku so avtorji predstavili izdelavo tandemske sončne celice ter podali smernice za nadaljnje izboljšanje učinkovitosti pretvorbe. Pri tem so se oprli na optične simulacije, s katerimi so optimizirali debeline posameznih plasti v strukturi celice, ki omogočajo maksimalno in uravnoteženo absorpcijo sončne svetlobe v zgornji in spodnje celici. Na podlagi izračunov napovedujejo, da bo optimalno zasnovana celica lahko dosegla učinkovitost pretvorbe do 32%.

S pomočjo tokovno-napetostnih meritev perovskitne in CIGS enospojne sončne celice pri različnih osvetlitvah in temperaturah ter naprednih optičnih simulacij so ocenili tudi energetski donos tandemske sončne celice. Ugotovili so, da je temperaturni koeficient CIGS sončne celice višji kot od perovskitne sončne celice, s čimer je perovskitna sončna celica v prednosti pri delovanju v toplejših krajih. Še pomembneje, rezultati so pokazali, da z integracijo CIGS sončne celice v tandemsko celico izboljšamo letni energijski donos za več kot 50%. S pomočjo modela za izračun energijskega donosa, ki so ga razvili v LPVO, lahko tako natančno ovrednotimo potencial enospojnih in tandemskih sončnih celic ter prednost le-teh v fotonapetostnih elektrarnah pri proizvodnji električne energije.

Več informacij: https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c00274.