Divpusējās perovskīta saules baterijas, nākamā investīciju vieta?

Kā trešās paaudzes nesilīcija plānslāņa akumulatoru pārstāvis, perovskīta baterijas kopš to dzimšanas ir piesaistījušas lielu uzmanību. Fotoelementu ražotājiem, kapitāla tirgiem un pētniecības un attīstības grupām ir lielas cerības uz perovskīta saules baterijām.

Salīdzinot ar parastajām kristāliskā silīcija saules baterijām tirgū, perovskīta saules baterijām ir vairāk nekā 10 reizes lielāka gaismas absorbcijas spēja nekā kristāliskajam silīcijam, un konversijas efektivitāte nepārtraukti uzlabojas. Tie ir arī salīdzinoši viegli un plāni, ar bagātīgiem pielietojuma scenārijiem un salīdzinoši zemām materiālu ražošanas izmaksām. Trūkums ir tas, ka stabilitāte ir salīdzinoši slikta un kalpošanas laiks ir salīdzinoši īss.

Tomēr tehnoloģiskie jauninājumi un uzlabojumi saistībā ar perovskītu pastāvīgi izlaužas. Daži koncentrējas uz perovskīta un kristāliskā silīcija sajaukšanu, lai veidotu sakrautu saules enerģiju. Ir arī pētniecības grupas, kas ir izstrādājušas abpusējas perovskīta šūnas, lai uzlabotu efektivitāti.

Pirms dažām dienām ASV Enerģētikas departamenta Nacionālās atjaunojamās enerģijas laboratorijas (NREL) pētnieku grupa apgalvoja, ka viņu jaunizveidotās abpusējās perovskīta saules baterijas sasniedz 91 procentu -93 procentus.

Saskaņā ar eksperimentālo pētījumu abpusējām perovskīta šūnām ir potenciāls ražot par 20 procentiem vairāk elektroenerģijas nekā vienpusējām perovskīta šūnām.

Pētījums ar nosaukumu "Augstas efektivitātes bifaciālie viena savienojuma perovskīta saules elementi" tika publicēts žurnālā Joule.

01

Atstarotās gaismas uztveršana aizmugurē ir tuvu priekšpuses efektivitātei

Tā sauktā divpusējā perovskīta saules baterija, kā norāda nosaukums, nozīmē, ka abas puses var uztvert saules gaismu, lai radītu elektrību, un aizmugurē uztvertā saules gaisma galvenokārt nāk no atstarotās gaismas zem moduļa.

Vai efektivitāte tiks ievērojami samazināta, absorbējot atstaroto gaismu?

Vienpusējo saules bateriju efektivitāte ir sasniegusi rekordaugstu līmeni - 26 procentus. Šoreiz NREL apgalvoja, ka to aizmugures efektivitāte ir 91-93 procenti no priekšpuses efektivitātes, bet otrās puses efektivitāte var sasniegt aptuveni 24 procentus. Efekts joprojām ir ļoti labs.

Pētnieki saka, ka viņi ir izstrādājuši divpusēju perovskīta saules bateriju ar modificētu biezumu, kas nodrošina ļoti tuvu efektivitāti divpusējā apgaismojumā. Viņi izmantoja optiskās un elektriskās simulācijas, lai noteiktu akumulatoram nepieciešamo biezumu.

Lai absorbētu lielāko daļu fotonu noteiktās saules spektra daļās, perovskīta slānim bifaciālās saules baterijas priekšpusē jābūt pietiekami biezam, bet ne tik biezam, lai tas bloķētu fotonus. Komanda arī noteica ideālo aizmugurējā elektroda biezumu, lai samazinātu pretestības zudumus.

Vadoties pēc simulētajām vērtībām, pētnieku grupa izstrādāja bifaciālas šūnas ar precīzu 850 nanometru biezumu. Tas ir daudz mazāk nekā cilvēka matu biezums, kas ir aptuveni 70,000 nanometri.

Pētnieki ievietoja šūnu starp diviem saules simulatoriem, lai novērtētu divpusējā apgaismojuma efektivitāti. Tiešā gaisma ir vērsta uz priekšu, bet aizmugure saņem atstaroto gaismu. Perovskīta šūnu efektivitāte palielinās, palielinoties atstarotās gaismas attiecībai pret priekšējo apgaismojumu.

02

Divpusējie perovskīti ir ekonomiskāki

NREL saka, ka bifaciālo perovskīta šūnu mērķis ir sasniegt priekšējās puses efektivitāti, kas ir līdzvērtīga vienas puses efektivitātei, kas ir publicēta dažādām komerciālām šūnām, piemēram, 28,6 procenti Oksfordas PV, savukārt aizmugurējās puses efektivitāte ir ļoti tuva. šiem līmeņiem. Pārbaudes šūnās priekšējās puses konversijas efektivitāte bija 23 procenti, bet aizmugurējās puses konversijas efektivitāte bija 91-93 procenti no priekšējās puses efektivitātes.

"Šī perovskīta šūna var darboties ļoti efektīvi abās pusēs," sacīja Kai Zhu, vecākais zinātnieks no NREL Ķīmijas un nanozinātnes centra.

Viņš piebilda, ka, lai gan ražošanas izmaksas ir augstākas nekā vienpusējām šūnām, ilgtermiņā abpusējo perovskītu elektroenerģijas ražošana var būt par 10-20 procentiem augstāka nekā vienpusējo elementu ražošanai, pierādot, ka divpusēji. -pusēji perovskīti ir ekonomiskāki.

NREL pētījums, ko finansē ASV Enerģētikas departamenta Saules enerģijas tehnoloģiju birojs, pašlaik ir hipotētiskā stadijā.

Pašlaik vienpusējas perovskīta šūnas vēl nav masveida ražošanā, nemaz nerunājot par bifaciālajām šūnām. Nozare uzskata, ka perovskīti var ienākt saules FE tirgū, sākot ar jumtiem un maza mēroga projektiem. Šajos projektos augsta efektivitāte ir svarīgāka par uzstādīšanas izmaksām, un tas vispirms prasa miofasciālās tehnoloģijas inovāciju. Šobrīd tas ir lielas bažas tiem, kas vēlas laist šo tehnoloģiju tirgū.

Tomēr divpusējā saules enerģija ir virziens, ko zinātniskās pētniecības kopiena pastāvīgi pēta.

Iepriekš Nīderlandes Enerģētikas pētniecības centrs (ECN) paziņoja, ka ir veiksmīgi izstrādājis divpusēju tandēma perovskīta saules bateriju ar efektivitāti līdz 30,2 procentiem, kas ir par trešdaļu augstāka nekā parasto saules bateriju efektivitāte (apmēram 20 procenti). -22 procenti).

Šūnā tiek izmantota perovskīta plānās plēves tehnoloģija, kristāliskā silīcija tehnoloģija un divpusējā silīcija tehnoloģija. Papildus saules gaismas absorbcijai priekšpusē, lai ražotu elektroenerģiju, aizmugurējā puse var arī saņemt izkliedētu gaismu un atstarotu gaismu no vides, lai radītu elektroenerģiju. Tāpēc tai ir augstāka visaptveroša elektroenerģijas ražošanas efektivitāte. Tas veiksmīgi pārkāpa vienpusējo saules bateriju ierobežojumu un sasniedza augstu fotoelektriskās konversijas efektivitāti 30,2 procentu apmērā.

Ķīnā jau ir gadījumi, kad tiek izmantota bifaciālā kristāliskā silīcija saules enerģija. Huadian Tianjin Haijing 1 miljons kilovatu "sāls-saules papildinošs" fotoelementu projekts izmanto divpusēju saules enerģiju. "Sāls gaismu papildinošā" spēkstacija ir pievienojusi divpusēju elektroenerģijas ražošanas dizainu. Ne tikai fotoelektriskā paneļa augšpuse var tieši pārveidot elektrisko enerģiju, bet arī aizmugure var absorbēt saules gaismu, kas atstaro no ūdens virsmas, kas var palielināt fotoelektriskās spēkstacijas elektroenerģijas ražošanas efektivitāti par 5 procentiem -7 procentiem.