Ερευνητές από το Πολυτεχνείο του Γκντανσκ στην Πολωνία ανέπτυξαν μια νέα τεχνική κατασκευής ημιδιαφανών περοβσκιτικών φωτοβολταϊκών στοιχείων, επιτυγχάνοντας απόδοση μετατροπής ενέργειας 21,87% και σημαντική βελτίωση της ανθεκτικότητάς τους. Η καινοτομία αυτή θεωρείται σημαντικό βήμα για την εμπορική αξιοποίηση φωτοβολταϊκών διατάξεων τύπου tandem, στις οποίες συνδυάζονται περοβσκίτης και κρυσταλλικό πυρίτιο, με στόχο ακόμη υψηλότερες αποδόσεις.
Η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια νέα στρατηγική κατασκευής που προστατεύει το ευαίσθητο περοβσκιτικό υλικό κατά τη διαδικασία εναπόθεσης του διαφανούς ηλεκτροδίου από οξείδιο του ινδίου-κασσιτέρου (ITO). Κεντρικό στοιχείο της τεχνολογίας αποτελεί η παρεμβολή ενός λεπτού στρώματος οξειδίου του κασσιτέρου (SnO₂) ανάμεσα στο στρώμα μεταφοράς ηλεκτρονίων και το οπίσθιο ηλεκτρόδιο, μειώνοντας τις φθορές που προκαλεί η διαδικασία sputtering.
Σύμφωνα με τον επικεφαλής της έρευνας, Damian Glowienka, στόχος της ομάδας δεν ήταν μόνο η επίτευξη υψηλής αρχικής απόδοσης, αλλά και η ανάπτυξη φωτοβολταϊκών στοιχείων με μεγάλη λειτουργική σταθερότητα. Για τον λόγο αυτό, οι επιστήμονες συνδύασαν τη βελτιστοποίηση των ηλεκτροδίων και των προστατευτικών στρωμάτων με αναλύσεις ηλεκτρικών και οπτικών απωλειών, καθώς και με δοκιμές αντοχής τόσο σε εργαστηριακές όσο και σε πραγματικές υπαίθριες συνθήκες.
Οι ερευνητές δοκίμασαν τέσσερις διαφορετικές συνθέσεις οξειδίου του κασσιτέρου και τρία διαφορετικά πάχη του οπίσθιου ηλεκτροδίου ITO. Η καλύτερη διάταξη προέκυψε από τον συνδυασμό του στρώματος SnO₂-N31 με ηλεκτρόδιο ITO πάχους 300 νανομέτρων.
Το ημιδιαφανές περοβσκιτικό φωτοβολταϊκό στοιχείο που κατασκευάστηκε πέτυχε απόδοση 21,87%. Όταν συνδυάστηκε με εμπορικό φωτοβολταϊκό στοιχείο κρυσταλλικού πυριτίου σε τετρατερματική διάταξη (4T tandem), η συνολική απόδοση του συστήματος ανήλθε στο 27,15%, επιβεβαιώνοντας τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας.
Εξίσου σημαντικά ήταν και τα αποτελέσματα των δοκιμών αξιοπιστίας. Οι συσκευές διατήρησαν πάνω από το 80% της αρχικής τους απόδοσης έπειτα από 1.600 ώρες συνεχούς φωτισμού σε εργαστηριακές συνθήκες, ενώ συνέχισαν να λειτουργούν για περισσότερες από 4.000 ώρες σε υπαίθριες δοκιμές, γεγονός που αποδεικνύει ότι τα ημιδιαφανή περοβσκιτικά φωτοβολταϊκά μπορούν πλέον να συνδυάζουν υψηλή απόδοση και μεγάλη διάρκεια ζωής.
Παρά τα ενθαρρυντικά αποτελέσματα, οι επιστήμονες επισημαίνουν ότι εξακολουθούν να υπάρχουν περιθώρια βελτίωσης. Η ανάλυση των απωλειών έδειξε ότι σημαντικό μέρος τους οφείλεται στην αντίσταση σειράς και στην παρασιτική απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας από τα διαφανή ηλεκτρόδια και όχι στο ίδιο το περοβσκιτικό υλικό.
Η ερευνητική ομάδα εργάζεται ήδη στην ανάπτυξη περοβσκιτικών φωτοβολταϊκών ευρύτερου ενεργειακού χάσματος, τα οποία θα επιτρέπουν μεγαλύτερη διέλευση φωτός προς το στοιχείο πυριτίου, αυξάνοντας περαιτέρω την απόδοση των φωτοβολταϊκών διατάξεων tandem και φέρνοντας την τεχνολογία πιο κοντά στη μαζική εμπορική αξιοποίηση.
Πηγή: pv-magazine
