Dubbelsidiga Perovskite solceller, nästa investeringsuttag?

Som en representant för den tredje generationen av tunnfilmsbatterier som inte är silikon, har perovskite-batterier väckt stor uppmärksamhet sedan deras födelse. Tillverkare av solceller, kapitalmarknader och FoU-grupper har alla stora förväntningar på perovskitsolceller.

Jämfört med de vanliga kristallina kiselsolcellerna på marknaden har perovskite solceller mer än 10 gånger ljusabsorptionskapaciteten för kristallint kisel, och omvandlingseffektiviteten förbättras ständigt. De är också relativt lätta och tunna, med rika tillämpningsscenarier och relativt låga materialtillverkningskostnader. Nackdelen är att stabiliteten är relativt dålig och livslängden relativt kort.

Men tekniska innovationer och förbättringar kring perovskite slår ständigt igenom. Vissa fokuserar på blandning av perovskit och kristallint kisel för att bilda staplad solenergi. Det finns också forskarlag som har utvecklat dubbelsidiga perovskitceller för att förbättra effektiviteten.

För några dagar sedan hävdade ett forskarlag vid det amerikanska energidepartementets National Renewable Energy Laboratory (NREL) att deras nyutvecklade dubbelsidiga perovskitsolceller uppnådde 91 procent -93 procent anläggning.

Enligt den experimentella studien har dubbelsidiga perovskitceller potential att producera 20 procent mer elektricitet än enkelsidiga perovskitceller.

Studien, med titeln "High-Efficiency Bifacial Single-Junction Perovskite Solar Cells," publicerades i tidskriften Joule.

01

Att ta emot reflekterat ljus på baksidan är nära frontens effektivitet

Den så kallade dubbelsidiga perovskitsolcellen gör som namnet antyder att båda sidor kan fånga solljus för att generera elektricitet, och solljuset som fångas på baksidan kommer främst från det reflekterade ljuset under modulen.

Kommer effektiviteten att minska kraftigt genom att absorbera reflekterat ljus?

Effektiviteten för enkelsidiga solceller har nått rekordhöga 26 procent. Den här gången hävdade NREL att effektiviteten på deras baksida är 91-93 procent av den på framsidan, och effektiviteten på baksidan kan nå cirka 24 procent . Effekten är fortfarande mycket bra.

Forskare säger att de har konstruerat en dubbelsidig perovskitsolcell med en modifierad tjocklek som uppnår mycket nära effektivitet under dubbelsidig belysning. De använde optiska och elektriska simuleringar för att bestämma tjockleken som behövs för batteriet.

För att absorbera de flesta fotoner i vissa delar av solspektrumet måste perovskitskiktet på framsidan av den bifaciala solcellen vara tillräckligt tjockt, men inte så tjockt att det blockerar fotonerna. Teamet bestämde också den ideala tjockleken på bakelektroden för att minimera resistiva förluster.

Med hjälp av de simulerade värdena designade forskargruppen bifaciala celler med en exakt tjocklek på 850 nanometer. Det är mycket mindre än tjockleken på människohår, som är cirka 70,000 nanometer tjockt.

Forskarna placerade cellen mellan två solsimulatorer för att utvärdera effektiviteten som uppnås med dubbelsidig belysning. Direkt ljus riktas mot framsidan, medan baksidan får reflekterat ljus. Effektiviteten hos perovskitceller ökar när förhållandet mellan reflekterat ljus och frontbelyst ljus ökar.

02

Dubbelsidiga perovskites är mer ekonomiska

NREL säger att målet för bifaciala perovskitceller är att uppnå effektivitet på framsidan i nivå med effektivitet på en sida, som har publicerats för en mängd olika kommersiella celler, såsom 28,6 procent för Oxford PV, medan effektiviteten på baksidan är mycket nära. till dessa nivåer. I testcellerna var effektiviteten för framsidans omvandling 23 procent och baksidans omvandlingseffektivitet var 91-93 procent av effektiviteten på framsidan.

"Denna perovskitcell kan fungera mycket effektivt på båda sidor", säger Kai Zhu, senior forskare vid NREL:s Center for Chemistry and Nanoscience.

Han tillade att även om produktionskostnaden är högre än för enkelsidiga celler, kan kraftgenereringen av dubbelsidiga perovskiter i det långa loppet vara 10-20 procent högre än för enkelsidiga celler, vilket bevisar att dubbla -sidiga perovskiter är mer ekonomiska.

NREL-forskningen, finansierad av US Department of Energy's Office of Solar Energy Technologies, är för närvarande i det hypotetiska skedet.

För närvarande är enkelsidiga perovskitceller ännu inte i massproduktion, än mindre bifaciala celler. Branschen tror att perovskites kan komma in på solcellsmarknaden, med början på hustak och småskaliga projekt. I dessa projekt är hög effektivitet mer kritisk än installationskostnaden, och detta kräver innovation av myofascial teknologi i första hand. Just nu är det ett stort bekymmer för dem som vill ta ut den här tekniken på marknaden.

Dubbelsidig solenergi är dock en riktning som det vetenskapliga forskarsamhället ständigt utforskar.

Tidigare meddelade det nederländska energiforskningscentret (ECN) att man framgångsrikt har utvecklat en dubbelsidig tandem perovskite solcell med en verkningsgrad på upp till 30,2 procent, vilket är en tredjedel högre än effektiviteten hos konventionella solceller (cirka 20 procent) -22 procent ).

Cellen använder perovskit tunnfilmsteknologi, kristallin kiselteknologi och dubbelsidig kiselteknologi. Förutom att absorbera solljus på framsidan för att generera elektricitet, kan baksidan även ta emot spritt ljus och reflekterat ljus från omgivningen för att generera elektricitet. Därför har den en högre omfattande kraftgenereringseffektivitet. Den bröt framgångsrikt igenom gränsen för enkelsidiga solceller och uppnådde en hög fotoelektrisk omvandlingseffektivitet på 30,2 procent.

I Kina finns det redan användningsfall för bifacial kristallin kiselsolenergi. Huadian Tianjin Haijing 1 miljon kilowatt "salt-solar komplementära" solcellsprojekt använder dubbelsidig solenergi. Det "saltljuskomplementära" kraftverket har lagt till en dubbelsidig kraftgenereringsdesign. Inte bara den uppåtgående sidan av solcellspanelen kan direkt omvandla elektrisk energi, utan baksidan kan också absorbera solljus som reflekteras från vattenytan, vilket kan öka energiproduktionseffektiviteten för solcellsanläggningen med 5 procent -7 procent.