Σημαντικό βήμα για την ανάπτυξη αποδοτικότερων και πιο σταθερών φωτοβολταϊκών τεχνολογιών αποτελεί μια νέα tandem ηλιακή κυψέλη που ανέπτυξαν ερευνητές της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (CAS), συνδυάζοντας περκωσκίτη με CIGS και επιτυγχάνοντας συνολική απόδοση μετατροπής ισχύος 29,71%.
Η νέα διάταξη αποτελείται από ένα άνω κύτταρο περκωσκίτη ευρέος ενεργειακού χάσματος και ένα κάτω κύτταρο CIGS, δηλαδή υλικό που βασίζεται στον χαλκό, το ίνδιο, το γάλλιο και το σελήνιο. Στόχος των ερευνητών ήταν να αντιμετωπίσουν ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα των κυττάρων περκωσκίτη: την περιορισμένη σταθερότητά τους, ιδιαίτερα υπό παρατεταμένη έκθεση σε φως και υψηλές θερμοκρασίες.
Νέα προσέγγιση για μεγαλύτερη σταθερότητα
Για τη βελτίωση της συμπεριφοράς του περκωσκίτη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια οργανική ένωση που περιέχει θείο, το bis(2-pyridylmethyl) sulfide (2PyS).
Η ένωση χρησιμοποιήθηκε για τη ρύθμιση του τοπικού περιβάλλοντος των ιόντων μολύβδου μέσα στο στρώμα του περκωσκίτη. Με τον τρόπο αυτό περιορίστηκε ο σχηματισμός δομικών ατελειών, μειώθηκε η μετανάστευση ιόντων αλογονιδίων και περιορίστηκε το φαινόμενο διαχωρισμού φάσεων που προκαλείται από το φως.
Οι συγκεκριμένες ατέλειες θεωρούνται ένας από τους βασικούς παράγοντες που υποβαθμίζουν την απόδοση και τη διάρκεια ζωής των περκωσκίτη, καθώς μπορούν να λειτουργήσουν ως κέντρα επανασύνδεσης φορτίων και να διαταράξουν την κρυσταλλική δομή του υλικού.
Η χρήση του 2PyS φαίνεται ότι επιτρέπει καλύτερο έλεγχο της διαδικασίας κρυστάλλωσης, περιορίζοντας τον ταχύ σχηματισμό πυρήνων και οδηγώντας σε πιο ομοιογενή υμένια περκωσκίτη.
Απόδοση 29,71% στην tandem διάταξη
Το αυτόνομο κύτταρο CIGS πέτυχε απόδοση 19,65% υπό φωτισμό πλήρους φάσματος. Όταν τοποθετήθηκε κάτω από το ημιδιαφανές κύτταρο περκωσκίτη, η απόδοσή του περιορίστηκε στο 7,5%, καθώς το άνω κύτταρο φιλτράρει μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας.
Το κύτταρο περκωσκίτη πέτυχε απόδοση 22,21%, ενώ όταν τα δύο υποκύτταρα συνδυάστηκαν σε διάταξη τεσσάρων ακροδεκτών (4T), η συνολική απόδοση της tandem κυψέλης ανήλθε στο 29,71%.
Η επίδοση αυτή, σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, συγκαταλέγεται στις υψηλότερες που έχουν αναφερθεί μέχρι σήμερα για tandem φωτοβολταϊκά περκωσκίτη/CIGS σε διάταξη τεσσάρων ακροδεκτών.
Πάνω από 91% της αρχικής απόδοσης μετά από 2.000 ώρες
Ιδιαίτερη σημασία έχει και η σταθερότητα της νέας τεχνολογίας. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι συσκευές διατήρησαν πάνω από το 91% της αρχικής τους απόδοσης μετά από 2.000 ώρες συνεχούς λειτουργίας.
Οι μετρήσεις έδειξαν ότι η προσθήκη του 2PyS βελτίωσε τις οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες του περκωσκίτη, περιόρισε τις απώλειες ενέργειας λόγω μη ακτινοβολούμενης επανασύνδεσης και ενίσχυσε τη δομική και φασική σταθερότητα του υλικού.
Η ερευνητική ομάδα εκτιμά ότι η συγκεκριμένη προσέγγιση μπορεί να συμβάλει στην αντιμετώπιση ενός από τα βασικά εμπόδια για την ευρύτερη αξιοποίηση των tandem φωτοβολταϊκών περκωσκίτη, καθώς η αύξηση της απόδοσης θα πρέπει να συνοδεύεται από αντίστοιχη βελτίωση της μακροχρόνιας σταθερότητας.
Η έρευνα παρουσιάστηκε στην επιστημονική εργασία «Coordination-regulated defect suppression enables stable wide-bandgap perovskites for efficient perovskite/CIGS tandem solar cells», που δημοσιεύθηκε στο IPOScience.
Πηγή: pv-magazine
