כפי שכולנו יודעים, אנרגיה סולארית היא המקור העיקרי לאנרגיית האור. לוחות סיליקון יכולים להמיר אור לחשמל, וסוללות ליתיום סולאריות טנדם מסורתיות יכולות לעשות זאת בצורה יעילה יותר על ידי קליטת אורכי גל נוספים של אור.

לא רק זה, החוקרים הבינו שבשימוש בתצורה של סדרה כפולה, מדובר במערכת חדשה המשתמשת בשכבה מסורתית מבוססת סיליקון ושכבה נוספת של פרוקסיד העשויה משילוב “סדרה” של מערכות חדשות, שיכולות לאסוף יותר אנרגיה ו ללכוד הרבה אור מבוזבז, מוחזר ומפוזר מהקרקע (הנקרא “אלבדו”) כדי להגדיל משמעותית את הזרם של התאים הסולאריים בסדרה.

ב-11 בינואר 2021, ארגון שיתוף הפעולה הבינלאומי, כולל חוקרים מאוניברסיטת קינג עבדאללה למדע וטכנולוגיה (KAUST) ובית הספר להנדסה ב-UT) פרסם מאמר שכותרתו “יעילות גבוהה המבוססת על הנדסת פערי פס” בכתב העת Natural Energy. מאמר פרוקסיד/סיליקון מונו-גבישי כפול סיליקון סולארי” (EfficientbifacialmonolithicperovskitePaper/Silicontandemsolarcellsviabandgapineering).

מאמר זה מתאר את כל התהליך של הצוות לתכנון התקני פרוקסיד/סיליקון כדי לחרוג ממגבלות הביצועים המקובלות כיום של תצורות סדרה.

חברי הצוות השלימו את המחקר הזה ביחד. ביניהם, ד”ר מישל דבסטיאני העלתה רעיון מחקרי ויצרה את המכשיר יחד עם אלסנדרו ג’יי. מירבלי.

הפוסט-דוקטורנטים של אוניברסיטת טורונטו להנדסת אלקטרוניקה ומחשבים YiHou, Bin Chen ו-Anand S. Subbiah פיתחו את פער פס החמצן, בעוד Erkan Aydin ו-Furkan H. Isikgor פיתחו את המגע והפריסה הטנדם העליון.

המסקנה של מחקר זה היא שהתא הסולארי דו-צדדי מונוליטי פרוקסיד/סיליקון טנדם מנצל את אלבדו האור המפוזר בסביבה, והביצועים טובים יותר מאלו של התא הסולארי החד-צדדי פרוקסיד/סיליקון טנדם. צוות המחקר דיווח לראשונה על תוצאות המבחן החיצוני. תחת אור שמש AM 1.5g יחיד, יעילות המרת הכוח המאושרת של סדרות דו-צדדיות עלתה על 25%, וצפיפות ייצור החשמל הייתה גבוהה עד 26 mwcm-2.

במקביל, החוקרים בחנו את פער פס החמצן הנדרש להתאמת זרם אופטימלית בתנאי תאורה אמיתיים ואלבדו שונים, השוו את המאפיינים של עמודים דו-צדדיים אלו שנחשפו לאלבדו שונה, וסיפקו השוואה בין שני תוצאות החישוב של האנרגיה. ייצור במיקום עם תנאי סביבה שונים.

לבסוף, הצוות השווה מיקומי בדיקה חיצוניים עם מיתרי פרוקסידאז/סיליקון חד-צדדיים ודו-צדדיים כדי להדגים את הערך המוסף של דואליות טנדם למיקומים עם אלבדו רלוונטי בפועל.

הגוף העיקרי של התא הסולארי הטנדם החדש מורכב משכבת ​​סיליקון ושכבת מי חמצן. יחד עם זאת, הם משולבים עם תרכובות רבות אחרות. אמר פרופסור סטפאן דה-וולף. “האתגר העיקרי הוא המורכבות של מכשיר הטנדם. יש 14 חומרים מעורבים, וכל חומר חייב להיות מותאם בצורה מושלמת כדי לקחת בחשבון את השפעת האלבדו”.

אמרה ד”ר מישל דבסטיאני, הכותבת הראשית של המחקר. “על ידי שימוש באלבדו, אנו יכולים כעת ליצור זרמים גבוהים בהרבה מאשר ממברנות דו-קוטביות מסורתיות ללא גידול בעלויות הייצור.” מחברי המחקר כוללים את פרופסור טד סרג’נט והחוקר הפוסט-דוקטורט YiHou במחלקה להנדסת חשמל ומחשבים באוניברסיטת טורונטו.

ערכה מחקר על הפוטנציאל של לכידת אור שמש עקיף בעבר, אך לא ביצעה בדיקות ניסיוניות. בנוסף לאוניברסיטה להנדסה וטכנולוגיה, חוקרים מאוניברסיטת קינג עבדאללה למדע וטכנולוגיה (KAUST) שיתפו פעולה גם עם משתפי פעולה מהמכון הטכנולוגי של קרלסרוהה ומאוניברסיטת בולוניה כדי לפתור את המדע הדרוש לשילוב אור שמש עקיף ביכולות קצירת האנרגיה של המודולים והאתגרים ההנדסיים שלהם.

לאחר מכן, בתנאי חוץ, הם בדקו תאים סולאריים דו-צדדיים והשיגו יעילות על פני כל לוחות סולאריים מסחריים מסיליקון.

“תאים סולריים סיליקון דו-פנים מגדילים במהירות את חלקם בשוק ה-PHOTOVOLTAIC מכיוון שהם יכולים לספק שיפור ביצועים יחסי של 20%. שימוש בשיטה זו בפרוקסיד/סילאן יכול להיות יעיל יותר מתאי סולרי סיליקון מסורתיים. ויכול להוזיל את עלות חומרי הגלם”. סיכם פרופסור סטפאן דה-וולף. DeWolf ועמיתיו פיתחו טכנולוגיה זו בשיתוף פעולה עם צוותים בקנדה, גרמניה ואיטליה.

במסקנת המאמר, החוקרים הוכיחו באמצעות ניסויים כיצד להשתמש בתכונה הדו-צדדית כדי לשפר את הביצועים של כל מבנה הפרוקסיד/סיליקון. עקב השימוש במרווח פס פרוקסיד צר, מבני מכשיר עם אלקטרודות אחוריות שקופות מסתמכים על אלבדו כדי להגביר את ייצור הזרם של התא התחתון ובמקביל להגדיל את ייצור הזרם של תא החמצן העליון.

התאמה זו מושגת עבור פרוקסידים עם פער פס של 1.59-1.62 eV. בהשוואה לסדרת החמצן/סיליקון החד-צדדית, תכולת הברום היא הקטנה ביותר, כך שהיציבות הקשורה להפרדת הלידים מופחתת מאוד. בְּעָיָה. הצוות העריך את הביצועים של מבנה הטנדם הדו-צדדי בבדיקות שדה, וחזה את תפוקת האנרגיה של מבני הטנדם הדו-צדדיים והחד-צדדיים בתנאי אקלים שונים.

בשני המקרים, הטנדם טוב יותר מהמבנה החד-צדדי, מה שמראה את ההבטחה של טכנולוגיה זו. עבודה זו מראה את הפוטנציאל של סוג חדש של תאים סולאריים בעלי יעילות גבוהה שיכולים להשתמש בטכנולוגיה בעלת ביצועים גבוהים אך בעלות נמוכה כדי לסגור את הפער עם מחסום 30mwcm-2PGD.

מכאן, שיפור נוסף בביצועי הציוד והרחבת קנה המידה הטכנולוגי הם הצעדים ההגיוניים הבאים לקרב את הטכנולוגיה הזו לשוק הפוטו-וולטאי.

פרופסור כריסטוף באליף, מנהל המעבדה הפוטו-וולטאית של המכון הפדרלי לטכנולוגיה בלוזאן, שוויץ, לא השתתף במחקר זה. הוא אמר. “מאמר זה מספק את העדות הניסויית הברורה הראשונה למכשיר טנדם דו צדדי. הניתוח הכמותי של הביצועים שמדווח על ידי החוקרים חשוב מאוד לביסוס הציוד היציב הנדרש לטכנולוגיה זו להיכנס לשוק ההמוני”.