Ett team av forskare ledda av professor Anita Ho-Baillie, John Hooke Chair of Nanoscience vid University of Sydney i Australien, satte ett nytt solteknikrekord för världens största trippel-korsning perovskite-perovskite-kisel tandemsolcell.
Deras 16 cm2triple-junction cell har en konstant-effektkonverteringseffektivitet på 23,3 % (oberoende certifierad), vilket är det högsta rapporterade för en stor-enhet i sitt slag. Hennes lag skapade också en 1-cm2cell med 27,06% effektivitet, vilket etablerade nya termiska stabilitetsstandarder (se video).
Kravet på effektivitetsvinster drivs av "större utrymme för effektkonverteringseffektivitet-eftersom den teoretiska effektivitetsgränsen för en trippelkorsning är ~51 %, medan den för en dubbelkorsning är cirka 45 %", säger Ho-Baillie, som också är knuten till University of Sydneys Net Zero Institute. "En enda korsning är 33 % om solcellens bandgap inte är begränsad, men bara 30 % för kisel."
Multijunction tandemsolceller involverar stapling av solceller med olika bandgap-med de högsta på solens-vända sida-för att tillåta varje cell att omvandla delar av solspektrumet till elektrisk energi mer effektivt och för att minimera sub-bandgap och värmeförluster.
"I en cell med två-övergångsceller, till exempel, omvandlar den övre breda-bandgapövergången högre fotonenergi till elektrisk energi och gör det mer effektivt än en smalare bandgapövergång-vilket minskar värmeförlusten", förklarar Ho-Baillie. "Den undre-energifotonen passerar genom den övre breda-bandgapövergången och kommer att absorberas av den nedre korsningen med smalare bandgap för elektrisk energiomvandling. Om den nedre korsningen inte var där, resulterar sådana fotoner med lägre-energi i under-bandgap icke-absorptionsförlust."
Optiska mönster
För att illustrera de inblandade optiska konstruktionerna är teamets två översta perovskite-korsningar elektriskt sammankopplade genom guldnanopartiklar. "Vi använde optisk modellering för att simulera effekten av nanopartikeltäckning på optisk förlust, och elektrisk modellering för att simulera den ohmska kontakten från nanopartikeln", förklarar Ho-Baillie. "En balans uppnås när ett tillräckligt antal nanopartiklar är närvarande för minimal optisk förlust utan att kompromissa med elektrisk prestanda."
Ho-Baillies team förbättrade också stabiliteten och prestandan för den breda bandgap (1,91-eV) perovskitövergången genom att "ersätta rubidium med det mindre stabila metylammoniumet i perovskiten och ersätta piperazinium-diklorid (PDCI) med det mindre stabila skiktet av litiumfluorid", säger hon som en passiv ytfluorid.
Ho-Baillies ihärdighet i att vilja visualisera det ultratunna guldet gav verkligen resultat. "Det måste finnas en kritisk mängd guld för att kluster ska bildas för att först bli en halvkontinuerlig film", säger hon. "Mer guld kommer att göra det möjligt för en kontinuerlig film att växa. Under den kritiska mängden 'kluster' kommer guld att vara i form av nanopartiklar. Det som gör våra fynd intressanta är att filmer-kontinuerliga eller inte kontinuerliga-inte behövs för att koppla samman två korsningar. Nanopartiklar, även om de är isolerade, räcker för ohmsk transport{8} för ohmsk kontakt mellan den vertikala {8} förluster."
Vad betyder detta effektivitetsrekord för fältet? "Vår demonstration ger insikter om viktiga materialegenskaper för framtida effektivitetsförbättringar", säger Ho-Baillie. "Förlustanalys ger också rekommendationer för framtida effektivitetsförbättringar-både för små- och stora-enheter. Nästa steg: En 30 % trippelkorsning, som går mot 40 %."
Teamets arbete involverade partners från Kina, Tyskland och Slovenien, och fick stöd från Australian Renewable Energy Agency och Australian Research Council.
