Sel Surya Perovskite / Silicon Tandem di Magic Threshold dengan Efisiensi 30%

Struktur skema tumpukan sel surya tandem dalam 3D. Kredit: Eike Koehnen / HZB

Sel surya tandem rekor dunia saat ini telah memberikan kinerja yang stabil selama 300 jam – bahkan tanpa enkapsulasi.

Sebuah tim HZB menerbitkan laporan di jurnal Science tentang perkembangan rekor dunia saat ini dengan efisiensi 29,15% untuk sel surya tandem yang terbuat dari perovskit dan silikon. Sel tandem memberikan kinerja yang stabil selama 300 jam – bahkan tanpa enkapsulasi. Untuk melakukan ini, grup yang dipimpin oleh Profesor Steve Albrecht menyelidiki proses fisik pada antarmuka untuk meningkatkan transportasi pengangkut kargo.

Sel surya yang terdiri dari dua semikonduktor dengan ruang lebar pita berbeda dapat mencapai efisiensi yang jauh lebih tinggi bila digunakan bersama-sama dibandingkan dengan sel surya individu. Ini karena sel tandem menggunakan spektrum matahari dengan lebih efisien. Secara khusus, sel surya silikon konvensional terutama mengubah komponen inframerah cahaya secara efisien menjadi energi listrik, sementara senyawa perovskit tertentu dapat secara efektif memanfaatkan komponen matahari yang terlihat, menjadikannya kombinasi yang kuat.

Rekor baru 29,15%

Pada awal 2020, tim yang dipimpin oleh Profesor Steve Albrecht di HZB memecahkan rekor dunia sel surya tandem sebelumnya yang terbuat dari perovskit dan silikon (28,0%, Oxford PV), menetapkan rekor dunia baru sebanyak 29. , 15%. Menanggapi efisiensi tertinggi yang disertifikasi dan dipublikasikan secara ilmiah (26,2% di DOI: 10.1126 / science.aba3433), ini adalah langkah maju yang besar. Nilai baru tersebut telah disertifikasi di Fraunhofer ISE dan terdaftar di bagan NREL. Kini, hasilnya sudah dipublikasikan di jurnal Ilmu dengan penjelasan rinci tentang proses pembuatan dan fisika yang mendasari.

Hasil yang konsisten selama 300 jam

“Efisiensi 29,15% tidak hanya mencatat teknologi ini, tetapi juga berada di puncak dari seluruh kategori PV yang muncul di kartu NREL,” kata Eike Köhnen, mahasiswa doktoral di tim Albrecht dan berbagi penulis pertama studi ini. Selain itu, sel tandem perovskit / silikon baru dicirikan oleh kinerja yang konsisten selama lebih dari 300 jam di bawah paparan udara terus menerus dan disimulasikan di bawah sinar matahari tanpa dilindungi dari enkapsulasi. Tim menggunakan komposisi perovskit yang kompleks dengan celah pita 1,68 eV dan berfokus pada pengoptimalan antarmuka substrat.

Berguna: Monolayer rakitan sendiri

Bersama dengan mitra Lituania (kelompok Profesor Vytautas Getautis) mereka telah mengembangkan lapisan perantara molekul organik yang mengatur diri mereka sendiri secara mandiri menjadi monster rakitan sendiri (SAM). Ini terdiri dari molekul berbasis karbazol baru dengan substitusi gugus metil (Me-4PACz). SAM ini diterapkan ke elektroda dan memfasilitasi aliran pembawa muatan listrik. “Kami pertama-tama menyiapkan tempat tidur yang sempurna, jadi untuk berbicara, yang menjadi dasar perovskit,” kata Amran Al-Ashouri, yang juga anggota tim Albrecht dan berbagi studi pertama studi tersebut.

Faktor pengisian yang dioptimalkan

Selanjutnya, para peneliti menggunakan berbagai metode penelitian pelengkap untuk menganalisis berbagai proses pada antarmuka antara perovskit, SAM dan elektroda: “Secara khusus, kami mengoptimalkan apa yang disebut faktor pengisian, yang dipengaruhi. dengan berapa banyak pembawa muatan yang hilang saat mereka keluar dari sel perovskit atas, ”jelas Al-Ashouri. Saat elektron meluncur ke arah matahari melalui lapisan C60, “lubang” bergerak ke arah yang berlawanan melalui lapisan SAM di elektroda. “Namun, kami mengamati bahwa ekstraksi lubang jauh lebih lambat daripada ekstraksi elektron, yang membatasi faktor pengisian,” kata Al-Ashouri. Namun, lapisan SAM baru secara signifikan mempercepat pengangkutan lubang dan dengan demikian secara bersamaan berkontribusi pada stabilitas lapisan perovskit yang lebih baik.

Kombinasi metode

Melalui kombinasi spektroskopi fotoluminesensi, pemodelan, karakterisasi listrik dan pengukuran konduktivitas terahertz, dimungkinkan untuk membedakan berbagai proses pada antarmuka bahan perovskit dan untuk menentukan asal kerugian yang signifikan.

Kerja sama adalah kunci sukses

Beberapa mitra berpartisipasi dalam proyek ini, termasuk Kaunas University of Technology / Lithuania, Universitas Potsdam, Universitas Ljubljana / Slovenia, Universitas Sheffield / Inggris, dan bahkan Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB). ), HTW Berlin, dan Technische Universität Berlin, tempat Albrecht memegang gelar profesor junior. Pekerjaan pada sel perovskit dan silikon individu dilakukan di laboratorium HZB HySPRINT dan PVcomB, masing-masing. “Setiap mitra membawa keahlian khusus mereka ke dalam proyek, jadi kami dapat membuat penemuan ini bersama,” kata Albrecht. Efisiensi maksimum yang mungkin sudah ada: para peneliti menganalisis dua sel secara individual dan menghitung efisiensi maksimum 32,4% untuk konsepsi ini. “Kami pasti bisa mendapatkan lebih dari 30%,” kata Albrecht.

Referensi: “Sel surya monolitik tandem perovskit / silikon dengan efisiensi> 29% untuk ekstraksi lubang yang lebih baik” oleh Amran Al-Ashouri, Eike Köhnen, Bor Li, Artiom Magomedov, Hannes Hempel, Pietro Caprioglio, José A. Márquez, Anna Belen Morales Vilches, Ernestas Kasparavicius, Joel A. Smith, Nga Phung, Dorothee Menzel, Max Grischek, Lukas Kegelmann, Dieter Skroblin, Christian Gollwitzer, Tadas Malinauskas, Marko Jošt, Gašper Matic, Bernd Rech, Rutger Schlatmann, Marko Topic, Lars K Antonio, Bernd Stannowski, Dieter Neher, Martin Stolterfoht, Thomas Unold, Vytautas Getautis dan Steve Albrecht, 11 Desember 2020, Ilmu.
DOI: 10.1126 / science.abd4016

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Mineralogi Hangat Global Mengelola Pusat Perlindungan Kehidupan Batin

Tim lapangan DeMMO dari kiri ke kanan: Lily Momper, Brittany Kruger, dan Caitlin Casar mengambil sampel air yang meledak dari toilet DeMMO. Pendanaan:...

Genom manusia modern tertua, direkonstruksi menggunakan DNA tengkorak berusia 45 tahun

Tengkorak dari Gua Zlatyk dekat Praha ini adalah milik orang modern paling awal yang diketahui di Eropa. Penulis: Marek Jantach Tengkorak fosil seorang wanita...

Peralihan rahasia yang luar biasa terbuka yang dapat merevolusi pengobatan serangan jantung

Para peneliti di Victor Chang Institute for Heart Research di Sydney telah menemukan gen baru yang penting yang kami harap dapat membantu jantung manusia...

Newsletter

Subscribe to stay updated.