Un equip d'investigadors dirigit per la professora Anita Ho-Baillie, la càtedra John Hooke de Nanociència de la Universitat de Sydney a Austràlia, va establir un nou rècord de tecnologia solar per a la cèl·lula solar en tàndem de silici{-perovskita-perovskita-de triple unió més gran del món.
Els seus 16 cm2La cèl·lula de triple-unió presenta una eficiència de conversió d'energia-en estat estacionari del 23,3% (certificada de manera independent), que és la més alta registrada per a un dispositiu d'-àrea gran d'aquest tipus. El seu equip també va crear un 1 cm2cel·la amb un 27,06% d'eficiència, que va establir nous estàndards d'estabilitat tèrmica (veure vídeo).
L'impuls dels guanys d'eficiència és impulsat per "un marge més gran per a l'eficiència de conversió d'energia-perquè el límit d'eficiència teòrica per a una unió triple és d'un 51%, mentre que per a una unió doble és al voltant del 45%", diu Ho-Baillie, que també està afiliat a l'Institut Net Zero de la Universitat de Sydney. "Una única unió és del 33% si la banda intermèdia de la cèl·lula solar no està limitada, però només el 30% per al silici".
Les cèl·lules solars en tàndem multiunió consisteixen a apilar cèl·lules solars amb diferents bandes intermitents-amb la part més alta del sol-cara-per permetre que cada cèl·lula converteixi seccions de l'espectre solar en energia elèctrica de manera més eficient i per minimitzar les sub-banda intercalada i les pèrdues de termalització.
"En una cel·la de dues-unions, per exemple, la unió de banda-ample superior converteix l'energia fotogràfica més alta en energia elèctrica i ho fa de manera més eficient que una unió de banda separada més estreta-que redueix la pèrdua de termalització", explica Ho-Baillie. "El fotó d'energia inferior-passa a través de la unió de banda-ample superior i serà absorbit per la unió inferior de banda intercalada més estreta per a la conversió d'energia elèctrica. Si la unió inferior no hi era, aquests fotons d'energia -de baixa baixa donaran lloc a una pèrdua de no absorció de -banda."
Dissenys òptics
Per il·lustrar els dissenys òptics implicats, les dues principals unions de perovskita de l'equip estan interconnectades elèctricament mitjançant nanopartícules d'or. "Hem utilitzat el modelatge òptic per simular l'efecte de la cobertura de les nanopartícules sobre la pèrdua òptica, i el modelatge elèctric per simular el contacte òhmic fet per la nanopartícula", explica Ho-Baillie. "S'aconsegueix un equilibri quan hi ha un nombre suficient de nanopartícules per a una pèrdua òptica mínima sense comprometre el rendiment elèctric".
L'equip d'Ho-Baillie també va millorar l'estabilitat i el rendiment de la unió de perovskita de banda ampla (1,91-eV) "substituint el rubidi amb el metilamoni menys estable de la perovskita i substituint el diclorur de piperazini (PDCI) per la capa de fluorur de liti menys estable com a capa de fluorur de liti".
La persistència d'Ho-Baillie a voler visualitzar l'or ultraprim va donar els seus fruits. "Hi ha d'haver una quantitat crítica d'or perquè els clústers es formin per convertir-se primer en una pel·lícula semicontinua", diu. "Més or permetrà créixer una pel·lícula contínua. Per sota de la quantitat crítica del 'cúmul', l'or estarà en forma de nanopartícules. El que fa que els nostres descobriments siguin interessants és que les pel·lícules-continues o no contínues-no són necessàries per connectar dues unions. Les nanopartícules, encara que aïllades, són suficients per al contacte òhmic entre les unions òptiques per minimitzar el transport òptic} pèrdues".
Què significa aquest registre d'eficiència per al camp? "La nostra demostració proporciona informació sobre propietats importants dels materials per a futures millores d'eficiència", diu Ho-Baillie. "L'anàlisi de pèrdues també ofereix recomanacions per a futures millores d'eficiència-tant per a dispositius d'àrea petita- com gran{-. A continuació: una unió triple del 30%, que avança cap al 40%.
El treball de l'equip va implicar socis de la Xina, Alemanya i Eslovènia, i va rebre el suport de l'Agència d'Energies Renovables d'Austràlia i el Consell Australià de Recerca.
