Tandemowe ogniwo do zastosowań BIPV

Naukowcy z niemieckich instytutów ogłosili, że wspólnymi siłami opracowali ogniwo fotowoltaiczne na bazie perowskitu, które można by wdrożyć w rozwiązaniach PV zintegrowanych z budynkiem (BIPV). Osiągnęli zadowalającą wydajność m.in. dzięki zastosowaniu trasowania laserowego.

Międzynarodowa grupa badaczy z Institute of Microstructure Technology (IMT), Karlsruhe Institute of Technology (KIT) oraz Light Technology Institute (LTI) opracowała w skali laboratoryjnej półprzezroczyste jednozłączowe i tandemowe ogniwo fotowoltaiczne na bazie perowskitu do zastosowań BIPV (Building-Integrated Photovoltaics).

Trasowanie laserowe

W procesie produkcji badacze zastosowali technikę trasowania laserowego, która pozwoliła na bardzo precyzyjne wycinanie wzorów na warstwach perowskitowych o określonej geometrii. Naukowcy wykorzystali płaską architekturę n-i-p, polegającą na tym, że między warstwami absorbera perowskitowego znajdują się cienkie warstwy zawierające materiały o różnych domieszkach, transportujące ładunki elektryczne. Taki układ ma pozwalać na lepsze wykorzystanie dostępnego promieniowania słonecznego (ogniwo zbiera szerszy zakres długości fali), co przekłada się na zwiększenie wydajności.

REKLAMA

Trasowanie laserowe zostało przeprowadzone w specjalnym systemie optycznym wykonanym na zamówienie. Łączył on w sobie konwencjonalny laser nanosekundowy z podwajaniem częstotliwości oraz system skanera galwanometrycznego, który umożliwił szybkie, precyzyjne i elastyczne trasowanie. Aby chronić poszczególne warstwy tworzone w procesie, w jego trakcie przez komorę laminarnie (liniowo) przepływa strumień azotu będący gazem obojętnym dla przebiegu poszczególnych operacji.

Podczas opracowywania ogniwa naukowcy wykorzystali takie związki jak: tlenek indu i cyny (ITO), kwas (2-(9H-karbazol-9-ilo)etylo)fosfonowy (2PACz), stosowany m.in. jako materiał luminescencyjny w diodach LED, jodek ołowiu metyloamoniowy (CH3NH3PbI3) używany w produkcji perowskitowych ogniw i dość obiecujący z uwagi na wysoką sprawność konwersji energii słonecznej oraz relatywnie niski koszt wyprodukowania, a także strukturę C60/BCP, również stosowaną m.in. przy produkcji diod OLED.

Zadowalająca sprawność

Starania naukowców doprowadziły do wytworzenia pojedynczego półprzezroczystego ogniwa perowskitowego o współczynniku AVT równym 32 proc. i sprawności 9 proc. AVT jest miarą określającą procentową ilość światła widzialnego, która jest w stanie przeniknąć przez daną powierzchnię. Jednostronne ogniwo o wspomnianych parametrach charakteryzowało się napięciem obwodu otwartego (Voc) na poziomie 5,5 V, gęstością prądu zwarciowego (Isc) równą 11,1 mA/cm2 i współczynnikiem wypełnienia (Fill Factor – FF) wynoszącym 74 proc.

REKLAMA

Badacze poszli o krok dalej i stworzyli również półprzezroczyste ogniwo tandemowe składające się z dwóch warstw perowskitowych (układ: perowskit–perowskit). Takie ogniwo charakteryzowało się współczynnikiem AVT na poziomie 12 proc. i osiągnęło, zdaniem naukowców, zadowalającą sprawność na poziomie 17,7 proc. W tym przypadku Voc było równe 1,95 V, Isc – 11,9 mA/cm2, a FF wyniósł 77 proc.

Półprzezroczyste ogniowa fotowoltaiczne na bazie perowskitów mogą w przyszłości znaleźć zastosowanie w rozwiązaniach z zakresu BIPV, które wykorzystują fotowoltaikę jako element konstrukcyjny lub dekoracyjny w kontekście zarówno elewacji, jak i dachów budynków.

Wyniki swoich badań naukowcy przedstawili w artykule opublikowanym w międzynarodowym czasopiśmie naukowym „Energy and Environmental Science”.