Simülasyonlarda ve deneylerde araştırmacılar, perovskit/silikon tandem güneş pillerindeki malzemelerin yüzeylerine küçük nano ölçekli dokuların uygulanmasının, yansıma nedeniyle kaybedilen ışık enerjisi miktarını azaltarak verimliliği önemli ölçüde artırabileceğini gösteriyor. Yeni bir nano dokulu tasarım, %29'un üzerinde bir güç dönüşüm verimliliği potansiyeline ulaşabilir; simülasyonlar, daha iyi üretim teknikleri ve ek dokulama ile bunun daha da geliştirilebileceğini göstermektedir.
Helmholtz-Zentrum Berlin'den (HZB) Philipp Tockhorn, çalışmayı 29 Temmuz'da düzenlenecek sanal OSA İleri Fotonik Kongresi'nde sunacak.
Tockhorn, "Bu son derece dinamik alanda sunulan en iyi hücrelerle aynı seviyede olan nano dokulu perovskit/silikon tandem güneş pillerini sunuyoruz" dedi. Bulgularımız, yüksek verimli perovskit/silikon tandem güneş pillerinin daha da geliştirilmesine katkıda bulunabilir ve güneş enerjisinin maliyetini daha da azaltma potansiyeline sahip olabilir."
Perovskitler, doğal olarak oluşan perovskit mineraline benzer kristal yapıya sahip malzemelerdir. Bu yarı iletken malzemeler güneş ışığını çok verimli bir şekilde enerjiye dönüştürüyor ve yeni nesil güneş enerjisi teknolojilerinin geliştirilmesinde önemli bir odak noktası oluşturuyor. Günümüzün güneş panelleri esas olarak silikondan yapılmaktadır.
Yeni çalışma için, HZB'den Prof. Becker ve Prof. Albrecht'in oluşturduğu gruplardan Tockhorn, Johannes Sutter ve meslektaşları, çeşitli arayüzlerde nano doku uygulamasının, silikon bir güneş pilinin üzerindeki perovskit güneş pilinden yapılan tandem güneş pillerinin performansını nasıl etkilediğini inceledi. İlk önce perovskit ve silikon alt hücrelerindeki elektrik akımını (fotoakım yoğunluğu) hesaplamak için perovskit katmanı tamamen düz olduğunda, yalnızca alt kısmı silikon katmanla buluştuğu yerde nano dokulu (engebeli) veya her iki üst kısmı da inişli çıkışlı olduğunda hesaplamak için bir bilgisayar simülasyonu kullandılar. ve alt. Simüle edilen tümsekler yaklaşık 300 nm yükseklikte ve 750 nm aralıktaydı. Tek taraflı nano dokulu tasarım, simülasyondaki düz tasarıma göre yalnızca hafif bir performans artışı gösterirken, tam dokulu mimarinin, fotoakım yoğunluğunu 0.7 mA/cm artırarak önemli ölçüde daha fazla ışık emdiği hesaplandı.2 alt hücre başına.
Nano dokuların güneş pili performansını nasıl etkilediğini daha fazla araştırmak için araştırmacılar daha sonra farklı perovskit/silikon tandem güneş pili tasarımları ürettiler: biri tamamen düz perovskit katmana sahip, diğeri ise arayüzde üst kısmı düz ve alt kısmı inişli çıkışlı bir perovskit katmanına sahip. silikon güneş pili. Tek taraflı nano dokulamanın, silikon emici katmanda emilen ışığı ve üretilen akımı zaten 0.2-0.3 mA/cm² artırdığını belirlediler.
"Dikkate değer bir şekilde, nano dokular sadece ışık emilimini arttırmakla kalmıyor, aynı zamanda tandem güneş pilinin kapasitesinde de hafif bir artışa yol açıyor. elektronik Tockhorn, daha iyi film işleme koşullarıyla birlikte düzlemsel referansla karşılaştırıldığında kalitenin daha iyi olduğunu söyledi.
HZB araştırmacılarına göre bulgular, daha fazla iyileştirme için umut verici bir yol öneriyor. Simülasyon sonuçlarına dayanarak araştırmacılar, perovskit katmanının hem üstte hem de altta nano dokulu olduğu bir güneş pilinin muhtemelen performansı daha da artıracağını ve %30'u aşan güç dönüşüm verimliliğine ulaşacağını tahmin ediyor.
Tockhorn, "Bu çift taraflı dokulu yaklaşımın daha da geliştirilmesi mevcut ve uygulanabilir ancak perovskit katmanının üst kısmına nano doku eklemek için üretim sürecinde iyileştirmeler gerektirecek" dedi.
