Trong các mô phỏng và thí nghiệm, các nhà nghiên cứu chứng minh rằng việc đưa kết cấu kích thước nano cực nhỏ lên bề mặt vật liệu trong pin mặt trời song song perovskite / silicon có thể làm tăng đáng kể hiệu quả bằng cách giảm lượng năng lượng ánh sáng bị mất do phản xạ. Một thiết kế kết cấu nano mới có thể đạt được tiềm năng hiệu suất chuyển đổi điện năng trên 29%, mà các mô phỏng cho thấy có thể được cải thiện hơn nữa với các kỹ thuật chế tạo tốt hơn và kết cấu bổ sung.
Philipp Tockhorn từ Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) sẽ trình bày tác phẩm tại Đại hội Photonics nâng cao OSA ảo sẽ được tổ chức vào ngày 29 tháng XNUMX.
Tockhorn cho biết: “Chúng tôi giới thiệu các tế bào năng lượng mặt trời song song perovskite / silicon có cấu trúc nano ngang bằng với các tế bào tốt nhất được trình bày trong lĩnh vực năng động cao này,” Tockhorn nói. Phát hiện của chúng tôi có thể góp phần vào việc phát triển hơn nữa các tế bào năng lượng mặt trời song song perovskite / silicon hiệu quả cao và có khả năng giảm chi phí điện mặt trời hơn nữa. ”
Perovskite là vật liệu có cấu trúc tinh thể tương tự như cấu trúc của perovskite khoáng sản tự nhiên. Các vật liệu bán dẫn này chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng rất hiệu quả và là trọng tâm chính cho sự phát triển của các công nghệ năng lượng mặt trời thế hệ tiếp theo. Các tấm pin mặt trời ngày nay được làm chủ yếu từ silicon.
Đối với công trình mới, Tockhorn, Johannes Sutter và các đồng nghiệp từ các nhóm của Giáo sư Becker và Giáo sư Albrecht tại HZB đã xem xét việc giới thiệu kết cấu nano ở các giao diện khác nhau ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất của pin mặt trời song song được làm từ pin mặt trời perovskite trên đỉnh pin mặt trời silicon. Đầu tiên, họ sử dụng một mô phỏng máy tính để tính toán dòng điện trong perovskite và silicon con (mật độ dòng quang) khi lớp perovskite hoàn toàn phẳng, có cấu trúc nano (gập ghềnh) chỉ ở phía dưới nơi nó gặp lớp silicon, hoặc gập ghềnh ở cả hai phía trên. và dưới cùng. Các va chạm mô phỏng cao khoảng 300 nm và cách nhau 750 nm. Trong khi thiết kế kết cấu nano một mặt chỉ cải thiện hiệu suất một chút so với thiết kế phẳng trong mô phỏng, kiến trúc kết cấu hoàn chỉnh được tính toán để hấp thụ nhiều ánh sáng hơn đáng kể, làm tăng mật độ dòng quang lên 0.7 mA / cm2 mỗi ô con.
Để khám phá thêm cách kết cấu nano ảnh hưởng đến hiệu suất pin mặt trời, các nhà nghiên cứu sau đó đã chế tạo các thiết kế pin mặt trời song song perovskite / silicon khác nhau: một loại có lớp perovskite hoàn toàn phẳng và một loại có lớp perovskite phẳng ở trên và gập ghềnh ở phía dưới ở giao diện pin mặt trời silicon. Họ xác định rằng kết cấu nano một mặt đã làm tăng lượng ánh sáng được hấp thụ và dòng điện tạo ra trong lớp hấp thụ silicon thêm 0.2-0.3 mA / cm².
“Đáng chú ý, các hỗn hợp nano không chỉ cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng mà còn dẫn đến tăng cường một chút hiệu suất của pin mặt trời song song điện tử Tockhorn cho biết chất lượng so với tham chiếu phẳng kết hợp với điều kiện xử lý phim tốt hơn. "
Theo các nhà nghiên cứu của HZB, những phát hiện này cho thấy một con đường đầy hứa hẹn cho những cải tiến hơn nữa. Dựa trên kết quả mô phỏng của họ, các nhà nghiên cứu dự đoán rằng một pin mặt trời có lớp perovskite được kết cấu nano ở cả trên và dưới sẽ có khả năng tăng hiệu suất hơn nữa và đạt hiệu suất chuyển đổi điện năng vượt quá 30%.
Tockhorn cho biết: “Một sự phát triển hơn nữa của phương pháp kết cấu hai mặt này đang tồn tại và khả thi nhưng sẽ đòi hỏi những cải tiến trong quá trình chế tạo để thêm kết cấu nano vào mặt trên của lớp perovskite,” Tockhorn nói.
