Двосторонні перовскітові сонячні батареї – наступний вихід для інвестицій?

Будучи представником третього покоління некремнієвих тонкоплівкових акумуляторів, перовскітові акумулятори привертають велику увагу з моменту свого народження. Виробники фотоелектричних пристроїв, ринки капіталу та науково-дослідні групи покладають великі надії на перовскітові сонячні батареї.

У порівнянні зі звичайними кристалічними кремнієвими сонячними елементами на ринку, перовскітові сонячні елементи мають більш ніж у 10 разів більшу здатність поглинати світло, ніж кристалічний кремній, і ефективність перетворення постійно покращується. Вони також відносно легкі та тонкі, мають різноманітні сценарії застосування та відносно низькі витрати на виготовлення матеріалів. Недоліком є ​​відносно низька стабільність і відносно короткий термін служби.

Проте технологічні інновації та вдосконалення навколо перовскіту постійно прориваються. Деякі зосереджені на змішуванні перовскіту та кристалічного кремнію для формування сонячної енергії. Існують також дослідницькі групи, які розробили двосторонні перовскітні клітини для підвищення ефективності.

Кілька днів тому дослідницька група Національної лабораторії відновлюваної енергії Міністерства енергетики США (NREL) заявила, що їхні нещодавно розроблені двосторонні перовскітні сонячні батареї досягли 91% -93% потужності.

Згідно з експериментальним дослідженням, двосторонні перовскітні елементи можуть виробляти на 20 відсотків більше електроенергії, ніж односторонні перовскітні елементи.

Дослідження під назвою «Високоефективні двосторонні одноперехідні перовскітові сонячні батареї» було опубліковано в журналі Joule.

01

Ефективність отримання відбитого світла на задній панелі близька до передньої

Так звана двостороння перовскітова сонячна батарея, як випливає з назви, означає, що обидві сторони можуть вловлювати сонячне світло для виробництва електроенергії, а сонячне світло, що вловлюється на задній панелі, в основному походить від відбитого світла під модулем.

Чи значно зменшиться ефективність через поглинання відбитого світла?

Ефективність односторонніх сонячних елементів досягла рекордного рівня в 26 відсотків. Цього разу NREL стверджував, що ефективність їхнього зворотного боку становить 91-93 відсотків від ефективності переднього боку, а ефективність зворотного боку може досягати приблизно 24 відсотків. Ефект все ще дуже хороший.

Дослідники кажуть, що вони розробили двосторонній перовскітовий сонячний елемент зі зміненою товщиною, який досягає дуже близької ефективності при двосторонньому освітленні. Вони використовували оптичне та електричне моделювання, щоб визначити необхідну товщину батареї.

Щоб поглинати більшість фотонів у певних частинах сонячного спектру, шар перовскіту на передній стороні двостороннього сонячного елемента має бути достатньо товстим, але не настільки, щоб блокувати фотони. Команда також визначила ідеальну товщину заднього електрода, щоб мінімізувати резистивні втрати.

Керуючись змодельованими значеннями, дослідницька група розробила двосторонні клітини з точною товщиною 850 нанометрів. Це набагато менше, ніж товщина людського волосся, яке становить близько 70 000 нанометрів.

Дослідники розмістили камеру між двома сонячними імітаторами, щоб оцінити ефективність, досягнуту двостороннім освітленням. Пряме світло спрямоване спереду, а задня частина отримує відбите світло. Ефективність перовскітних комірок зростає зі збільшенням відношення відбитого світла до світла, освітленого спереду.

02

Двосторонні перовскіти більш економічні

NREL стверджує, що метою двосторонніх перовскітних елементів є досягнення ефективності передньої сторони на рівні з односторонньою ефективністю, яка була опублікована для різноманітних комерційних елементів, наприклад 28,6 відсотка для Oxford PV, тоді як ефективність задньої сторони дуже близька. до цих рівнів. У тестових камерах ефективність перетворення передньої сторони склала 23 відсотки, а ефективність перетворення зворотної сторони становила 91-93 відсотків ефективності передньої сторони.

«Ця перовскітова клітина може працювати дуже ефективно з обох сторін», — сказав Кай Чжу, старший науковий співробітник Центру хімії та нанонаук NREL.

Він додав, що хоча вартість виробництва вища, ніж у односторонніх елементів, у довгостроковій перспективі виробництво електроенергії двосторонніми перовскітами може бути на 10-20 відсотків вище, ніж у односторонніх елементах, доводячи, що подвійний двосторонні перовскіти більш економічні.

Дослідження NREL, що фінансується Управлінням технологій сонячної енергії Міністерства енергетики США, наразі знаходиться на гіпотетичній стадії.

В даний час односторонні перовскітні клітини ще не виробляються масово, не кажучи вже про двосторонні клітини. Представники промисловості вважають, що перовскіти можуть вийти на ринок фотоелектричних сонячних батарей, починаючи з дахів і невеликих проектів. У цих проектах висока ефективність є важливішою, ніж вартість встановлення, і для цього в першу чергу потрібні інновації міофасціальної технології. Наразі це викликає серйозне занепокоєння для тих, хто хоче вивести цю технологію на ринок.

Однак двостороння сонячна енергетика - це напрямок, який наукове співтовариство постійно досліджує.

Раніше Нідерландський центр енергетичних досліджень (ECN) оголосив про успішну розробку двосторонньої тандемної перовскітової сонячної батареї з ефективністю до 30,2 відсотка, що на третину перевищує ефективність звичайних сонячних батарей (близько 20 відсотків). -22 відсотків ).

Осередок використовує технологію перовскітної тонкої плівки, технологію кристалічного кремнію та технологію двостороннього кремнію. На додачу до поглинання сонячного світла на передній стороні для вироблення електроенергії, тильна сторона також може отримувати розсіяне та відбите світло з навколишнього середовища для вироблення електроенергії. Таким чином, він має більш високу комплексну ефективність виробництва електроенергії. Він успішно подолав межу односторонніх сонячних елементів і досяг високого фотоелектричного ККД 30,2 відсотка.

У Китаї вже є варіанти використання сонячної енергії двостороннього кристалічного кремнію. Фотоелектричний проект Huadian Tianjin Haijing потужністю 1 мільйон кіловат «доповнює соляну енергію» використовує двосторонню сонячну енергію. Електростанція з доповненням до солі та світла має двосторонню конструкцію для вироблення електроенергії. Не лише верхня сторона фотоелектричної панелі може безпосередньо перетворювати електричну енергію, але й задня сторона може також поглинати сонячне світло, відбите від поверхні води, що може підвищити ефективність виробництва енергії фотоелектричної електростанції на 5 відсотків -7 відсотків.