في المحاكاة والتجارب ، أظهر الباحثون أن إدخال نسيج نانوي دقيق على أسطح المواد في خلايا شمسية ترادفية من البيروفسكايت / السيليكون يمكن أن يزيد الكفاءة بشكل كبير عن طريق تقليل كمية الطاقة الضوئية المفقودة بسبب الانعكاس. يمكن أن يحقق التصميم النانوي الجديد إمكانات كفاءة تحويل الطاقة أعلى من 29٪ ، وهو ما تقترح المحاكاة أنه يمكن تحسينه بشكل أكبر باستخدام تقنيات تصنيع أفضل وتركيب إضافي.
سيقدم فيليب توكهورن من Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) العمل في مؤتمر OSA Advanced Photonics الافتراضي المقرر عقده في 29 يوليو.
قال توكهورن: "نقدم خلايا شمسية مترادفة من مادة البيروفسكايت / السيليكون النانوية التي تتساوى مع أفضل الخلايا المعروضة في هذا المجال الديناميكي للغاية". قد تساهم النتائج التي توصلنا إليها في التطوير الإضافي للخلايا الشمسية الترادفية عالية الكفاءة من البيروفسكايت / السيليكون ولديها القدرة على زيادة خفض تكلفة الكهرباء الشمسية ".
البيروفسكايت عبارة عن مواد ذات بنية بلورية مشابهة لتلك الموجودة في معدن البيروفسكايت الطبيعي. تعمل هذه المواد شبه الموصلة على تحويل ضوء الشمس إلى طاقة بكفاءة عالية وكانت محورًا رئيسيًا لتطوير تقنيات الجيل التالي للطاقة الشمسية. تُصنع الألواح الشمسية اليوم بشكل أساسي من السيليكون.
بالنسبة للعمل الجديد ، قام Tockhorn و Johannes Sutter وزملاؤهم من مجموعات البروفيسور بيكر والبروفيسور Albrecht في HZB بفحص كيفية تأثير إدخال النسيج النانوي في واجهات مختلفة على أداء الخلايا الشمسية الترادفية المصنوعة من خلية شمسية من البيروفسكايت فوق خلية شمسية من السيليكون. استخدموا أولاً محاكاة حاسوبية لحساب التيار الكهربائي في خلايا البيروفسكايت والسيليكون الفرعية (كثافة التيار الضوئي) عندما كانت طبقة البيروفسكايت مسطحة تمامًا ، ذات نسيج نانوي (وعرة) فقط في الجزء السفلي حيث التقى بطبقة السيليكون ، أو وعرة على كليهما. وأسفل. كانت النتوءات المحاكاة بارتفاع 300 نانومتر وبفارق 750 نانومتر. في حين أن التصميم النانوي أحادي الجانب أظهر تحسنًا طفيفًا في الأداء مقارنة بالتصميم المسطح في المحاكاة ، تم حساب البنية المزخرفة بالكامل لامتصاص المزيد من الضوء بشكل كبير ، مما يزيد من كثافة التيار الضوئي بمقدار 0.7 مللي أمبير / سم2 لكل خلية فرعية.
لمزيد من استكشاف كيفية تأثير النسيج النانوي على أداء الخلايا الشمسية ، قام الباحثون بعد ذلك بتصنيع تصميمات مختلفة للخلايا الشمسية الترادفية من البيروفسكايت / السيليكون: واحدة مع طبقة بيروفسكايت مسطحة بالكامل والأخرى بطبقة بيروفسكايت مسطحة من الأعلى ووعرة في الجزء السفلي في الواجهة من أجل خلية السيليكون الشمسية. لقد قرروا أن النسيج النانوي أحادي الجانب زاد بالفعل امتصاص الضوء والتيار المتولد في طبقة امتصاص السيليكون بمقدار 0.2-0.3 مللي أمبير / سم².
"من اللافت للنظر أن المواد النانوية لا تعمل على تحسين امتصاص الضوء فحسب ، بل تؤدي أيضًا إلى تعزيز طفيف في الخلايا الشمسية الترادفية إلكتروني الجودة مقارنة بالمرجع المستوي بالتزامن مع ظروف معالجة الفيلم الأفضل ، قال توكهورن ".
تشير النتائج إلى طريق واعد لمزيد من التحسينات ، وفقًا لباحثي HZB. بناءً على نتائج المحاكاة التي توصلوا إليها ، يتوقع الباحثون أن الخلية الشمسية حيث تكون طبقة البيروفسكايت مغطاة بنسيج نانوي في الأعلى والأسفل من المرجح أن تزيد من الأداء وتصل إلى كفاءة تحويل طاقة تتجاوز 30٪.
قال توكهورن: "هناك تطوير إضافي لهذا النهج المركب على الوجهين وهو أمر قائم وعملي ولكنه سيتطلب تحسينات في عملية التصنيع لإضافة نسيج نانوي إلى الجانب العلوي من طبقة البيروفسكايت".
