ในการจำลองและการทดลอง นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าการแนะนำพื้นผิวระดับนาโนเล็ก ๆ บนพื้นผิวของวัสดุในเซลล์แสงอาทิตย์ควบคู่ perovskite / ซิลิกอนสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างมากโดยการลดปริมาณพลังงานแสงที่สูญเสียไปเนื่องจากการสะท้อนกลับ การออกแบบพื้นผิวนาโนใหม่สามารถบรรลุศักยภาพในการแปลงพลังงานที่สูงกว่า 29% ซึ่งการจำลองแนะนำสามารถปรับปรุงเพิ่มเติมได้ด้วยเทคนิคการประดิษฐ์ที่ดีขึ้นและการสร้างพื้นผิวเพิ่มเติม
Philipp Tockhorn จาก Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) จะนำเสนอผลงานที่ OSA Advanced Photonics Congress เสมือนจริงที่จะจัดขึ้นในวันที่ 29 กรกฎาคม
"เรานำเสนอเซลล์แสงอาทิตย์แบบควบคู่เปอรอฟสกี / ซิลิกอนที่มีพื้นผิวนาโนซึ่งเทียบเท่ากับเซลล์ที่ดีที่สุดที่นำเสนอในด้านไดนามิกสูงนี้" ทอคฮอร์นกล่าว การค้นพบของเราอาจนำไปสู่การพัฒนาต่อไปของเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite/silicon tandem ที่มีประสิทธิภาพสูง และมีศักยภาพในการลดต้นทุนการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ได้อีก”
Perovskites เป็นวัสดุที่มีโครงสร้างผลึกคล้ายกับแร่ perovskite ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ วัสดุเซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้เปลี่ยนแสงแดดเป็นพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเป็นจุดสนใจหลักสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์รุ่นต่อไป แผงเซลล์แสงอาทิตย์ในปัจจุบันทำมาจากซิลิคอนเป็นหลัก
สำหรับงานใหม่ Tockhorn, Johannes Sutter และเพื่อนร่วมงานจากกลุ่ม Prof. Becker และ Prof. Albrecht ที่ HZB ได้ตรวจสอบว่าการแนะนำ nanotexturing ที่อินเทอร์เฟซต่างๆส่งผลต่อประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์แบบควบคู่ที่ทำจากเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite บนเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนอย่างไร ก่อนอื่นพวกเขาใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อคำนวณกระแสไฟฟ้าในเซลล์ย่อย perovskite และซิลิกอน (ความหนาแน่นของกระแสไฟ) เมื่อชั้น perovskite แบนราบทั้งหมด นาโนเท็กซ์เจอร์ (เป็นหลุมเป็นบ่อ) เฉพาะที่ด้านล่างซึ่งพบกับชั้นซิลิกอน หรือเป็นหลุมเป็นบ่อที่ด้านบนทั้งสอง และด้านล่าง การกระแทกที่จำลองขึ้นสูงประมาณ 300 นาโนเมตรและห่างกัน 750 นาโนเมตร แม้ว่าการออกแบบพื้นผิวนาโนด้านเดียวแสดงให้เห็นการปรับปรุงประสิทธิภาพเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับการออกแบบแบบเรียบในการจำลอง สถาปัตยกรรมที่มีพื้นผิวทั้งหมดถูกคำนวณเพื่อดูดซับแสงได้มากขึ้นมาก โดยเพิ่มความหนาแน่นกระแสโฟโต 0.7 mA/ซม.2 ต่อเซลล์ย่อย
เพื่อสำรวจเพิ่มเติมว่าการสร้างพื้นผิวนาโนส่งผลต่อประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์อย่างไร นักวิจัยจึงได้ประดิษฐ์การออกแบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบ perovskite/silicon tandem ที่แตกต่างกัน: อันหนึ่งมีชั้น perovskite ที่แบนราบเต็มที่ และอีกอันหนึ่งมีชั้น perovskite ที่แบนอยู่ด้านบนและเป็นหลุมเป็นบ่อที่ด้านล่างที่ส่วนต่อประสาน เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอน พวกเขาพิจารณาแล้วว่าพื้นผิวนาโนด้านเดียวได้เพิ่มการดูดกลืนแสงและกระแสที่สร้างขึ้นในชั้นดูดซับซิลิกอน 0.2-0.3 mA/cm²
“น่าสังเกตว่า นาโนเท็กซ์เจอร์ไม่เพียงแต่ปรับปรุงการดูดกลืนแสง แต่ยังนำไปสู่การเพิ่มประสิทธิภาพเล็กน้อยของเซลล์แสงอาทิตย์ควบคู่ อิเล็กทรอนิกส์ คุณภาพเมื่อเปรียบเทียบกับการอ้างอิงระนาบร่วมกับสภาวะการประมวลผลฟิล์มที่ดีขึ้น Tockhorn กล่าว”
ผลการวิจัยชี้ให้เห็นถึงหนทางที่มีแนวโน้มสำหรับการปรับปรุงเพิ่มเติมตามที่นักวิจัย HZB จากผลการจำลอง นักวิจัยคาดการณ์ว่าเซลล์สุริยะที่ชั้น perovskite เป็นนาโนเท็กซ์เจอร์ที่ด้านบนและด้านล่างน่าจะเพิ่มประสิทธิภาพต่อไปและเข้าถึงประสิทธิภาพการแปลงพลังงานได้มากกว่า 30%
Tockhorn กล่าวว่า "การพัฒนาวิธีการพื้นผิวแบบสองด้านนี้ยังคงมีอยู่และเป็นไปได้ แต่จะต้องมีการปรับปรุงในกระบวนการผลิตเพื่อเพิ่มพื้นผิวนาโนที่ด้านบนของชั้น perovskite"
