Come tutti sappiamo, l’energia solare è la principale fonte di energia luminosa. I pannelli di silicio possono convertire la luce in elettricità e le tradizionali batterie solari al litio tandem possono farlo in modo più efficace assorbendo lunghezze d’onda aggiuntive della luce.

Non solo, i ricercatori si sono resi conto che utilizzando una configurazione a doppia serie, si tratta di un nuovo sistema che utilizza un tradizionale a base di silicio e un altro strato di perossido costituito da una combinazione “in serie” di nuovi sistemi, in grado di raccogliere più energia e cattura Molta luce sprecata, riflessa e dispersa dal suolo (detta “albedo”) per aumentare notevolmente la corrente delle celle solari in serie.

L’11 gennaio 2021, l’Organizzazione per la cooperazione internazionale, che comprende ricercatori della King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) e della UT School of Engineering), ha pubblicato un articolo intitolato “High Efficiency Based on Band Gap Engineering” sulla rivista Natural Energy. Perossido/doppia cella solare al silicio monocristallino” (EfficientbifacialmonoliticoperovskitePaper/Silicontandemsolarcellsviabandgapineering).

Questo documento delinea l’intero processo del team di progettazione di dispositivi perossido/silicio per superare i limiti di prestazioni attualmente accettati delle configurazioni di serie.

I membri del team hanno completato questa ricerca insieme. Tra questi, il Dr. Michele DeBastiani ha proposto un’idea di ricerca e ha realizzato il dispositivo insieme ad alessandro j. Mirabelli.

I borsisti post-dottorato in ingegneria elettronica e informatica dell’Università di Toronto YiHou, Bin Chen e Anand S. Subbiah hanno sviluppato il band gap del perossido, mentre Erkan Aydin e Furkan H. Isikgor hanno sviluppato il contatto e il layout in tandem.

La conclusione di questo studio è che la cella solare tandem monolitica a doppia faccia perossido/silicio utilizza l’albedo della luce diffusa nell’ambiente e le prestazioni sono migliori di quelle della cella solare tandem a singola faccia perossido/silicio. Il team di ricerca ha prima riportato i risultati del test all’aperto. Sotto una singola luce solare AM da 1.5 g, l’efficienza di conversione dell’energia certificata delle serie a doppia faccia ha superato il 25% e la densità di generazione di energia è stata di 26 mwcm-2.

Allo stesso tempo, i ricercatori hanno studiato il band gap del perossido richiesto per un adattamento ottimale della corrente in varie condizioni reali di illuminazione e albedo, hanno confrontato le caratteristiche di questi pilastri a doppia faccia esposti a diversi albedo e hanno fornito un confronto tra i due risultati di Calcolo dell’energia produzione in un luogo con diverse condizioni ambientali.

Infine, il team ha confrontato le posizioni dei test all’aperto con stringhe di perossidasi/silicio a una e doppia faccia per dimostrare il valore aggiunto della dualità in tandem alle posizioni con un’effettiva albedo rilevante.

Il corpo principale della nuova cella solare tandem è composto da uno strato di silicio e uno strato di perossido. Allo stesso tempo, sono combinati con molti altri composti. Ha detto il professor Stefan DeWolf. “La sfida principale è la complessità del dispositivo tandem. Sono 14 i materiali coinvolti e ogni materiale deve essere perfettamente ottimizzato per tenere conto dell’influenza dell’albedo”.

ha affermato il dott. Michele DeBastiani, co-autore principale dello studio. “Utilizzando l’albedo, ora possiamo generare correnti molto più elevate rispetto alle tradizionali membrane bipolari senza alcun aumento dei costi di produzione”. Gli autori dello studio includono il professor Ted Sargent e il ricercatore post-dottorato YiHou presso il Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica dell’Università di Toronto.

ha condotto in passato ricerche sul potenziale di cattura della luce solare indiretta, ma non ha condotto prove sperimentali. Oltre all’Università di Ingegneria e Tecnologia, i ricercatori della King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) hanno anche collaborato con i collaboratori del Karlsruhe Institute of Technology e dell’Università di Bologna per risolvere la scienza necessaria per incorporare la luce solare indiretta nelle capacità di raccolta di energia dei loro moduli e sfide ingegneristiche.

Quindi, in condizioni esterne, hanno testato celle solari tandem a doppia faccia e hanno raggiunto un’efficienza superiore a qualsiasi pannello solare in silicio commerciale.

“Le singole celle solari in silicio bifacciale stanno rapidamente aumentando la loro quota nel mercato FOTOVOLTAICO perché possono fornire un miglioramento relativo delle prestazioni del 20%. L’utilizzo di questo metodo in perossido/silano può essere più efficace delle tradizionali celle solari al silicio. E può ridurre il costo delle materie prime”. Ha concluso il professor Stefan DeWolf. DeWolf e i suoi colleghi hanno sviluppato questa tecnologia in collaborazione con team in Canada, Germania e Italia.

Nella conclusione del documento, i ricercatori hanno dimostrato attraverso esperimenti come utilizzare la funzione a doppia faccia per migliorare le prestazioni dell’intera struttura perossido/silicio. A causa dell’uso di uno stretto gap di banda del perossido, le strutture del dispositivo con elettrodi posteriori trasparenti si affidano all’albedo per aumentare la generazione di corrente della cella inferiore e allo stesso tempo aumentare la generazione di corrente della cella di perossido superiore.

Questa corrispondenza è ottenuta per i perossidi con un gap di banda di 1.59-1.62 eV. Rispetto alla serie perossido/silicio su un solo lato, il contenuto di bromo è il più piccolo, quindi la stabilità relativa alla segregazione degli alogenuri è notevolmente ridotta. problema. Il team ha valutato le prestazioni della struttura in tandem a doppia faccia in prove sul campo e ha previsto la produzione di energia delle strutture in tandem a doppia e singola faccia in diverse condizioni climatiche.

In entrambi i casi, il tandem è migliore della struttura a un solo lato, che mostra la promessa di questa tecnologia. Questo lavoro mostra il potenziale di una nuova classe di celle solari ad alta efficienza in grado di utilizzare una tecnologia ad alte prestazioni ma a basso costo per colmare il divario con la barriera da 30 mwcm-2PGD.

Da qui, un ulteriore miglioramento delle prestazioni delle apparecchiature e l’espansione della scala tecnologica sono i prossimi passi logici per avvicinare questa tecnologia al mercato fotovoltaico.

Il professor Christophe Ballif, direttore del Laboratorio fotovoltaico del Politecnico federale di Losanna, in Svizzera, non ha partecipato a questa ricerca. Egli ha detto. “Questo documento fornisce la prima chiara evidenza sperimentale per un dispositivo tandem a doppia faccia. L’analisi quantitativa delle prestazioni riportate dai ricercatori è molto importante per stabilire l’attrezzatura stabile necessaria affinché questa tecnologia possa entrare nel mercato di massa”.