Meritev perovskitne sončne celice pod sončnim simulatorjem v Laboratoriju za fotovoltaiko in optoelektroniko UL FE
Fotografija: prof. Marko Topič z UL FE
Datum objave: 18.01.2021
Kategorija: Interdisciplinarne raziskave, Naš prispevek k ciljem trajnostnega razvoja OZN
Cilji trajnostnega razvoja: 7 Cenovno dostopna in čista energija, 13 Podnebni ukrepi (kazalniki)
Fotovoltaika že dokazuje, da njene tehnologije sončnih celic in fotonapetostnih sistemov nudijo cenovno enega najugodnješih načinov pridobivanja električne energije. Za dodatni dvig konkurenčnosti napram ostalim virom energije in nadaljnjo rast števila sončnih elektrarn je ključno nadaljevanje dvigovanja učinkovitosti pretvorbe. Eden izmed načinov za to so tandemske sončne celice, med katerimi je cenovno najobetavnejša tehnologija perovskitno-silicijevih tandemskih sončnih celic. Ta tehnologija združuje že uveljavljeno tehnologijo silicijevih sončnih celic z novo tehnologijo perovskitnih sončnih celic.
Slovenski raziskovalci s Fakultete za elektrotehniko Univerze v Ljubljani so sodelovali pri razvoju rekordne perovskitno-silicijeve tandemske sončne celice. Certificirana učinkovitost pretvorbe tandemske celice je presegla mejnik 29 %, celoviti rezultati pa so bili objavljeni v reviji Science.
V zadnjih letih je prišlo do bliskovitega razvoja perovskitnih sončnih celic, vrhunec pa je decembrska objava v reviji Science (https://science.sciencemag.org/content/370/6522/1300), ki predstavlja rekordno perovskitno-silicijevo tandemsko sončno celico s certificirano učinkovitostjo pretvorbe 29,15 % pod standardnimi testnimi pogoji. Rekord je plod sodelovanja raziskovalcev z nemškega inštituta Helmholtz Center Berlin (HZB) z več inštituti, med drugim tudi z Laboratorijem za fotovoltaiko in optoelektroniko (LPVO) na UL FE. Pri objavi so sodelovali doc. dr. Marko Jošt, dr. Gašper Matič in prof. dr. Marko Topič.
Rekordna celica je bila izdelana na podlagi razvoja optimalne plasti za transport fotogeneriranih vrzeli iz celice. Uporabljena plast na osnovi karbazolne molekule s substitucijo metilne skupine je pripomogla tako k odlični pasivaciji kot tudi k učinkovitem odvajanju vrzeli iz perovskitne plasti. Ti dve lastnosti sta se odrazili na visoki napetosti odprtih sponk (1,9 V) in faktorju polnjenja (> 79 %) ter posledično tudi rekordni učinkovitosti pretvorbe pod standardnimi testnimi pogoji. Ta dosežek potrjuje prednost tandemskih sončnih celic, saj je ta učinkovitost pretvorbe višja kot pri katerikoli enospojni sončni celici in tako predstavlja nov mejnik učinkovitosti pretvorbe sončnih celic. Poleg tega izdelana sončna celica izkazuje dobro stabilnost, saj je ohranila 95 % učinkovitosti pretvorbe po 300 urah neprekinjenega delovanja, kar obeta dobro dolgoročno stabilnost delovanja.
Avtorji ocenjujejo, da bodo v bližnji prihodnosti lahko izdelali tudi perovskitno-silicijeve tandemske sončne celice z učinkovitostjo pretvorbe 32 %, pri čemer jih čaka še kar nekaj izzivov. Pri premagovanju le-the bosta HZB in LPVO sodelovala še naprej v sklopu bilateralnih projektov, ki jih sofinancirata ARRS in Helmholtz Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren, slednji v okviru bilateralnega projekta TAPAS.
Monolitna perovskitno-silicijeva tandemska sončna celica v prerezu
Fotografija: Eike Köhnen s HZB (Helmholtz Center Berlin)