ดังที่เราทุกคนทราบกันดีว่าพลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานแสงหลัก แผงซิลิคอนสามารถเปลี่ยนแสงเป็นไฟฟ้าได้ และแบตเตอรี่ลิเธียมโซลาร์ลิเธียมแบบควบคู่แบบดั้งเดิมสามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยการดูดซับความยาวคลื่นเพิ่มเติมของแสง

ไม่เพียงเท่านั้น นักวิจัยได้ตระหนักว่าการใช้การกำหนดค่าแบบ dual-series เป็นระบบใหม่ที่ใช้ซิลิกอนแบบเดิมและอีกชั้นหนึ่งของเปอร์ออกไซด์ที่ทำจาก “series” ของระบบใหม่ซึ่งสามารถรวบรวมพลังงานและ ดักจับแสงที่สูญเสีย สะท้อน และกระเจิงจำนวนมากจากพื้นดิน (เรียกว่า “อัลเบโด”) เพื่อเพิ่มกระแสของเซลล์แสงอาทิตย์แบบอนุกรม

เมื่อวันที่ 11 มกราคม พ.ศ. 2021 องค์การความร่วมมือระหว่างประเทศซึ่งรวมถึงนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีคิงอับดุลลาห์ (KAUST) และ UT School of Engineering) ได้ตีพิมพ์บทความเรื่อง “ประสิทธิภาพสูงจาก Band Gap Engineering” ในวารสาร Natural Energy Peroxide/Double Monocrystalline Silicon Solar Cell” (บทความที่มีประสิทธิภาพ bifacialmonolithicperovskitePaper/Silicontandemsolarcellsviabandgapineering)

เอกสารนี้สรุปกระบวนการทั้งหมดของทีมในการออกแบบอุปกรณ์เปอร์ออกไซด์/ซิลิกอนเพื่อให้เกินขีดจำกัดประสิทธิภาพที่ยอมรับในปัจจุบันของการกำหนดค่าซีรีส์

สมาชิกในทีมทำการวิจัยนี้ร่วมกัน ในหมู่พวกเขา ดร. Michele DeBastiani เสนอแนวคิดการวิจัยและสร้างอุปกรณ์ร่วมกับ alessandro j. มิราเบลลี่.

คณะดุษฎีบัณฑิตวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ของมหาวิทยาลัยโตรอนโต YiHou, Bin Chen และ Anand S. Subbiah ได้พัฒนาช่องว่างของแถบเปอร์ออกไซด์ ขณะที่ Erkan Aydin และ Furkan H. Isikgor พัฒนาการติดต่อและเลย์เอาต์แบบตีคู่

ข้อสรุปของการศึกษานี้คือเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเสาหินเปอร์ออกไซด์/ซิลิกอนตีคู่สองด้านใช้แสงอัลเบโดแบบกระจายในสิ่งแวดล้อม และประสิทธิภาพดีกว่าเซลล์แสงอาทิตย์แบบเปอร์ออกไซด์/ซิลิกอนตีคู่ด้านเดียว ทีมวิจัยได้รายงานผลการทดสอบกลางแจ้งเป็นครั้งแรก ภายใต้แสงแดด AM 1.5g เดียว ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่ผ่านการรับรองของซีรีย์สองด้านเกิน 25% และความหนาแน่นของการผลิตไฟฟ้าสูงถึง 26 mwcm-2

ในเวลาเดียวกัน นักวิจัยได้ศึกษาช่องว่างแถบเปอร์ออกไซด์ที่จำเป็นสำหรับการจับคู่กระแสไฟที่เหมาะสมภายใต้สภาวะการส่องสว่างที่แท้จริงและสภาวะอัลเบโดต่างๆ เปรียบเทียบลักษณะของเสาสองด้านที่สัมผัสกับอัลเบโดที่แตกต่างกัน และให้การเปรียบเทียบระหว่างผลการคำนวณทั้งสองของพลังงาน การผลิตในสถานที่ที่มีสภาพแวดล้อมต่างกัน

สุดท้ายนี้ ทีมงานได้เปรียบเทียบสถานที่ทดสอบกลางแจ้งกับสายเปอร์ออกซิเดส/ซิลิกอนด้านเดียวและสองด้าน เพื่อแสดงมูลค่าเพิ่มของความเป็นคู่แบบตีคู่กับตำแหน่งที่มีอัลเบโดที่เกี่ยวข้องจริง

ส่วนหลักของเซลล์แสงอาทิตย์แบบควบคู่ใหม่ประกอบด้วยชั้นซิลิกอนและชั้นเปอร์ออกไซด์ ในเวลาเดียวกัน พวกมันจะถูกรวมเข้ากับสารประกอบอื่นๆ อีกมากมาย ศาสตราจารย์สเตฟาน เดอวูล์ฟ กล่าว “ความท้าทายหลักคือความซับซ้อนของอุปกรณ์ควบคู่ มีวัสดุที่เกี่ยวข้อง 14 ชิ้น และวัสดุแต่ละชิ้นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมที่สุดโดยคำนึงถึงอิทธิพลของอัลเบโดด้วย”

Dr. Michele DeBastiani ผู้เขียนร่วมของการศึกษาวิจัยกล่าว “ด้วยการใช้อัลเบโด้ ตอนนี้เราสามารถสร้างกระแสน้ำที่สูงกว่าเยื่อไบโพลาร์แบบเดิมได้มาก โดยไม่ต้องเพิ่มต้นทุนการผลิต” ผู้เขียนการศึกษา ได้แก่ ศาสตราจารย์เท็ดซาร์เจนท์และนักวิจัยหลังปริญญาเอก YiHou ในภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ที่มหาวิทยาลัยโตรอนโต

ได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับศักยภาพในการจับภาพแสงแดดโดยอ้อมในอดีต แต่ยังไม่ได้ทำการทดสอบทดลอง นอกจากมหาวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีแล้ว นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี King Abdullah (KAUST) ยังร่วมมือกับผู้ทำงานร่วมกันจากสถาบันเทคโนโลยี Karlsruhe และมหาวิทยาลัย Bologna เพื่อแก้ปัญหาวิทยาศาสตร์ที่จำเป็นในการรวมแสงแดดโดยอ้อมเข้ากับความสามารถในการเก็บเกี่ยวพลังงาน ของโมดูลและความท้าทายด้านวิศวกรรม

จากนั้น ภายใต้สภาพกลางแจ้ง พวกเขาทดสอบเซลล์แสงอาทิตย์แบบสองด้านควบคู่และบรรลุประสิทธิภาพที่เหนือกว่าแผงโซลาร์เซลล์ซิลิคอนเชิงพาณิชย์ใดๆ

“เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิกอนสองหน้าแบบเดี่ยวกำลังเพิ่มส่วนแบ่งในตลาดโฟโตโวลตาอิกอย่างรวดเร็ว เนื่องจากสามารถให้การปรับปรุงประสิทธิภาพสัมพัทธ์ 20% ได้ การใช้วิธีนี้ในเปอร์ออกไซด์/ไซเลนจะมีประสิทธิภาพมากกว่าเซลล์แสงอาทิตย์แบบซิลิคอนแบบเดิม และสามารถลดต้นทุนวัตถุดิบได้” ศาสตราจารย์สเตฟาน เดอวูล์ฟ กล่าวสรุป DeWolf และเพื่อนร่วมงานของเขาพัฒนาเทคโนโลยีนี้ร่วมกับทีมในแคนาดา เยอรมนี และอิตาลี

ในบทสรุปของบทความนี้ นักวิจัยได้พิสูจน์ผ่านการทดลองว่าจะใช้คุณลักษณะสองด้านเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของโครงสร้างเปอร์ออกไซด์/ซิลิกอนทั้งหมดได้อย่างไร เนื่องจากการใช้ช่องว่างแถบเปอร์ออกไซด์ที่แคบ โครงสร้างอุปกรณ์ที่มีอิเล็กโทรดด้านหลังแบบโปร่งใสอาศัยอัลเบโดในการเพิ่มรุ่นปัจจุบันของเซลล์ด้านล่าง และในขณะเดียวกันก็เพิ่มรุ่นปัจจุบันของเซลล์เปอร์ออกไซด์บนสุด

การจับคู่นี้ทำได้สำหรับเปอร์ออกไซด์ที่มีช่องว่างแถบ 1.59-1.62 eV ปริมาณโบรมีนมีขนาดเล็กที่สุดเมื่อเทียบกับซีรีย์ด้านเดียวเปอร์ออกไซด์/ซิลิกอน ดังนั้นความเสถียรที่เกี่ยวข้องกับการแยกสารเฮไลด์จึงลดลงอย่างมาก ปัญหา. ทีมประเมินประสิทธิภาพของโครงสร้างตีคู่สองด้านในการทดสอบภาคสนาม และคาดการณ์การส่งออกพลังงานของโครงสร้างตีคู่สองด้านและด้านเดียวภายใต้สภาพอากาศที่แตกต่างกัน

ในทั้งสองกรณี การตีคู่ดีกว่าโครงสร้างแบบด้านเดียว ซึ่งแสดงให้เห็นถึงคำมั่นสัญญาของเทคโนโลยีนี้ งานนี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงประเภทใหม่ที่สามารถใช้เทคโนโลยีประสิทธิภาพสูงแต่ต้นทุนต่ำเพื่อปิดช่องว่างด้วยอุปสรรค 30mwcm-2PGD

จากที่นี่ การปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์และการขยายขนาดเทคโนโลยีเป็นขั้นตอนต่อไปในการนำเทคโนโลยีนี้เข้าใกล้ตลาดแผงเซลล์แสงอาทิตย์มากขึ้น

ศาสตราจารย์คริสตอฟ บัลลิฟ ผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ของสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธรัฐในเมืองโลซานน์ ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัยครั้งนี้ เขาพูดว่า. “เอกสารฉบับนี้เป็นหลักฐานการทดลองที่ชัดเจนประการแรกสำหรับอุปกรณ์ควบคู่สองด้าน การวิเคราะห์เชิงปริมาณของประสิทธิภาพที่รายงานโดยนักวิจัยมีความสำคัญมากสำหรับการสร้างอุปกรณ์ที่มีเสถียรภาพซึ่งจำเป็นสำหรับเทคโนโลยีนี้เพื่อเข้าสู่ตลาดมวลชน”