سلول های خورشیدی پروسکایت دو طرفه، خروجی سرمایه گذاری بعدی؟

به عنوان نماینده نسل سوم باتری های لایه نازک غیر سیلیکونی، باتری های پروسکایت از بدو تولد توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. تولیدکنندگان فتوولتائیک، بازارهای سرمایه و گروه‌های تحقیق و توسعه همگی انتظارات زیادی از سلول‌های خورشیدی پروسکایت دارند.

در مقایسه با سلول های خورشیدی سیلیکونی کریستالی رایج موجود در بازار، سلول های خورشیدی پروسکایت بیش از 10 برابر ظرفیت جذب نور سیلیکون کریستالی دارند و راندمان تبدیل دائماً در حال بهبود است. آنها همچنین نسبتا سبک و نازک هستند، با سناریوهای کاربردی غنی و هزینه های تولید مواد نسبتا پایین. نقطه ضعف آن این است که پایداری نسبتاً ضعیف و عمر مفید نسبتاً کوتاه است.

با این حال، نوآوری‌ها و پیشرفت‌های تکنولوژیکی پیرامون پروسکایت دائماً در حال رخنه است. برخی بر اختلاط پروسکایت و سیلیکون کریستالی برای تشکیل انرژی خورشیدی انباشته تمرکز می کنند. همچنین تیم های تحقیقاتی وجود دارند که سلول های پروسکایت دو طرفه را به منظور بهبود کارایی ایجاد کرده اند.

چند روز پیش، یک تیم تحقیقاتی در آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر وزارت انرژی ایالات متحده (NREL) ادعا کرد که سلول های خورشیدی دو طرفه پروسکایتی جدید توسعه یافته آنها به 91 درصد -93 درصد تسهیلات دست یافته است.

بر اساس این مطالعه تجربی، سلول های پروسکایت دو طرفه پتانسیل تولید 20 درصد برق بیشتر از سلول های پروسکایت یک طرفه را دارند.

این مطالعه با عنوان «سلول‌های خورشیدی پروسکایتی تک پیوندی دو وجهی با کارایی بالا» در مجله Joule منتشر شد.

01

دریافت نور منعکس شده در پشت به راندمان جلو نزدیک است

سلول خورشیدی دو طرفه پروسکایتی، همانطور که از نام آن پیداست، به این معنی است که هر دو طرف می توانند نور خورشید را برای تولید برق جذب کنند و نور خورشید که در پشت جذب می شود عمدتا از نور بازتابیده شده در زیر ماژول می آید.

آیا با جذب نور منعکس شده راندمان تا حد زیادی کاهش می یابد؟

راندمان سلول های خورشیدی یک طرفه به رکورد 26 درصد رسیده است. این بار NREL ادعا کرد که راندمان سمت معکوس آنها 91-93 درصد از سمت جلو است و بازده سمت عقب می تواند به حدود 24 درصد برسد. اثر هنوز هم بسیار خوب است.

محققان می گویند که آنها یک سلول خورشیدی پروسکایتی دو طرفه با ضخامت اصلاح شده مهندسی کرده اند که در نور دو طرفه به کارایی بسیار نزدیکی می رسد. آنها از شبیه سازی های نوری و الکتریکی برای تعیین ضخامت مورد نیاز برای باتری استفاده کردند.

برای جذب بیشتر فوتون ها در بخش های خاصی از طیف خورشیدی، لایه پروسکایت در سمت جلوی سلول خورشیدی دو وجهی باید به اندازه کافی ضخیم باشد، اما نه آنقدر ضخیم که فوتون ها را مسدود کند. این تیم همچنین ضخامت ایده آل الکترود پشتی را برای به حداقل رساندن تلفات مقاومتی تعیین کردند.

تیم تحقیقاتی با هدایت مقادیر شبیه سازی شده، سلول های دو وجهی را با ضخامت دقیق 850 نانومتر طراحی کردند. این بسیار کمتر از ضخامت موی انسان است که حدود 70،{2}} نانومتر ضخامت دارد.

محققان این سلول را بین دو شبیه ساز خورشیدی قرار دادند تا کارایی به دست آمده از نور دو طرفه را ارزیابی کنند. نور مستقیم به سمت جلو هدایت می شود، در حالی که پشت نور منعکس شده را دریافت می کند. کارایی سلول های پروسکایت با افزایش نسبت نور منعکس شده به نور روشن از جلو افزایش می یابد.

02

پروسکایت های دو طرفه مقرون به صرفه تر هستند

NREL می‌گوید که هدف سلول‌های پروسکایت دو وجهی دستیابی به راندمان‌های سمت جلو همتراز با راندمان یک طرفه است که برای انواع سلول‌های تجاری منتشر شده است، مانند 28.6 درصد برای PV آکسفورد، در حالی که راندمان سمت عقب بسیار نزدیک است. به این سطوح در سلول‌های آزمایش، راندمان تبدیل سمت جلو 23 درصد و راندمان تبدیل سمت عقب 91-93 درصد بازده سمت جلو بود.

کای ژو، دانشمند ارشد مرکز شیمی و علوم نانو NREL می گوید: «این سلول پروسکایت می تواند در هر دو طرف بسیار کارآمد عمل کند.

وی افزود: اگرچه هزینه تولید بیشتر از سلول های یک طرفه است، اما در درازمدت، تولید برق پروسکایت های دو طرفه می تواند 10-20 درصد بیشتر از سلول های یک طرفه باشد، که ثابت می کند که دو برابر می شود. پروسکایت های یک طرفه اقتصادی تر هستند.

تحقیقات NREL که توسط دفتر فناوری های انرژی خورشیدی وزارت انرژی ایالات متحده تأمین مالی می شود، در حال حاضر در مرحله فرضی است.

در حال حاضر سلول های پروسکایت یک طرفه هنوز در حال تولید انبوه نیستند چه برسد به سلول های دو وجهی. این صنعت بر این باور است که پروسکایت ها ممکن است وارد بازار PV خورشیدی شوند که از پشت بام ها و پروژه های کوچک شروع می شود. در این پروژه ها راندمان بالا بسیار مهمتر از هزینه نصب است و این امر در وهله اول مستلزم نوآوری فناوری مایوفاشیال است. در حال حاضر، این یک نگرانی عمده برای کسانی است که به دنبال ارائه این فناوری به بازار هستند.

با این حال، انرژی خورشیدی دو طرفه جهتی است که جامعه تحقیقاتی علمی به طور مداوم در حال بررسی است.

پیش از این، مرکز تحقیقات انرژی هلند (ECN) اعلام کرد که با موفقیت یک سلول خورشیدی دو طرفه پروسکایتی با راندمان تا 30.2 درصد توسعه داده است که یک سوم بیشتر از راندمان سلول های خورشیدی معمولی (حدود 20 درصد) است. -22 درصد).

این سلول از فناوری لایه نازک پروسکایت، فناوری سیلیکون کریستالی و فناوری سیلیکون دو طرفه استفاده می کند. علاوه بر جذب نور خورشید در سمت جلو برای تولید الکتریسیته، قسمت پشتی نیز می تواند نور پراکنده و نور منعکس شده از محیط را برای تولید برق دریافت کند. بنابراین از راندمان تولید برق فراگیر بالاتری برخوردار است. این سلول با موفقیت از محدودیت سلول های خورشیدی یک طرفه عبور کرد و به راندمان تبدیل فوتوالکتریک بالای 30.2 درصد دست یافت.

در چین، در حال حاضر موارد استفاده برای انرژی خورشیدی سیلیکون کریستالی دو وجهی وجود دارد. پروژه فتوولتائیک 1 میلیون کیلوواتی "مکمل نمک خورشیدی" Huadian Tianjin Haijing از انرژی خورشیدی دو طرفه استفاده می کند. نیروگاه «مکمل نور نمک» طرح تولید برق دو طرفه را اضافه کرده است. نه تنها سمت بالا پانل فتوولتائیک می تواند مستقیماً انرژی الکتریکی را تبدیل کند، بلکه پشت آن نیز می تواند نور خورشید منعکس شده از سطح آب را جذب کند که می تواند راندمان تولید برق نیروگاه فتوولتائیک را تا 5 درصد -7 درصد افزایش دهد.