תאים סולריים פרוסקיט דו צדדיים, נקודת ההשקעה הבאה?

כנציג של הדור השלישי של סוללות סרט דק ללא סיליקון, סוללות perovskite משכו תשומת לב רבה מאז לידתם. ליצרני פוטו-וולטאים, שוקי הון וקבוצות מו"פ יש לכולם ציפיות גדולות מתאי שמש פרוסקיט.

בהשוואה לתאים סולריים מסיליקון גבישי הנפוצים בשוק, לתאים סולאריים פרוסקיט יש יותר מפי 10 יכולת ספיגת האור מסיליקון גבישי, ויעילות ההמרה משתפרת כל הזמן. הם גם קלים ודקים יחסית, עם תרחישי יישום עשירים ועלויות ייצור חומרים נמוכות יחסית. החיסרון הוא שהיציבות ירודה יחסית וחיי השירות קצרים יחסית.

עם זאת, חידושים ושיפורים טכנולוגיים סביב perovskite פורצים ללא הרף. חלקם מתמקדים בערבוב של פרוסקיט וסיליקון גבישי ליצירת אנרגיה סולארית מוערמת. ישנם גם צוותי מחקר שפיתחו תאי פרוסקיט דו צדדיים על מנת לשפר את היעילות.

לפני מספר ימים, צוות מחקר במעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת של משרד האנרגיה האמריקאי (NREL) טען כי התאים הסולאריים הדו-צדדיים של פרוסקיט שפותחו לאחרונה השיגו 91 אחוזים של -93 אחוזים.

על פי המחקר הניסיוני, לתאי פרוסקיט דו-צדדיים יש פוטנציאל לייצר 20 אחוז יותר חשמל מאשר לתאי פרוסקיט חד-צדדיים.

המחקר, שכותרתו "High Efficiency Bifacial Single-Junction Perovskite Solar Cells", פורסם בכתב העת Joule.

01

קליטת אור מוחזר מאחור קרובה ליעילות הקדמית

מה שנקרא תא סולארי פרוסקיט דו צדדי, כפי שהשם מרמז, פירושו ששני הצדדים יכולים ללכוד אור שמש כדי לייצר חשמל, ואור השמש שנלכד מאחור מגיע בעיקר מהאור המוחזר מתחת למודול.

האם היעילות תפחת מאוד על ידי קליטת אור מוחזר?

היעילות של תאים סולאריים חד-צדדיים הגיעה לשיא של 26 אחוזים. הפעם, NREL טען שהיעילות של הצד האחורי שלהם היא 91-93 אחוזים מזו של הצד הקדמי, והיעילות של הצד האחורי יכולה להגיע לכ-24 אחוזים. ההשפעה עדיין טובה מאוד.

חוקרים אומרים שהם הנדסו תא סולארי פרוסקיט דו צדדי בעובי שונה המשיג יעילות קרובה מאוד תחת תאורה דו צדדית. הם השתמשו בסימולציות אופטיות וחשמליות כדי לקבוע את העובי הדרוש לסוללה.

כדי לקלוט את רוב הפוטונים בחלקים מסוימים של ספקטרום השמש, שכבת הפרובסקיט בצד הקדמי של התא הסולארי הדו-צדדי חייבת להיות עבה מספיק, אך לא כל כך עבה שהיא חוסמת את הפוטונים. הצוות גם קבע את העובי האידיאלי של האלקטרודה האחורית כדי למזער את הפסדי ההתנגדות.

בהנחיית הערכים המדומים, צוות המחקר עיצב תאים דו-פנים בעובי מדויק של 850 ננומטר. זה הרבה פחות מהעובי של שיער אדם, שעובי של כ-70,000 ננומטר.

החוקרים הציבו את התא בין שני סימולטורים סולאריים כדי להעריך את היעילות שהושגה על ידי תאורה דו-צדדית. אור ישיר מכוון לחזית, בעוד שהחלק האחורי מקבל אור מוחזר. היעילות של תאי פרוסקיט עולה ככל שהיחס בין האור המוחזר לאור המואר הקדמי עולה.

02

perovskites דו צדדי חסכוני יותר

NREL אומר שהמטרה עבור תאי פרוסקיט דו-פנים היא להשיג יעילות צד קדמי בהשוואה ליעילות צד בודד, שפורסמו עבור מגוון תאים מסחריים, כגון 28.6 אחוז עבור אוקספורד PV, בעוד שהיעילות בצד האחורי קרובה מאוד. לרמות הללו. בתאי הבדיקה, יעילות ההמרה הקדמית הייתה 23 אחוזים ויעילות ההמרה האחורית הייתה 91-93 אחוזים מיעילות הצד הקדמי.

"תא פרוסקיט זה יכול לפעול ביעילות רבה משני הצדדים", אמר קאי ג'ו, מדען בכיר במרכז לכימיה וננו של NREL.

הוא הוסיף שלמרות שעלות הייצור גבוהה מזו של תאים חד-צדדיים, בטווח הארוך, ייצור החשמל של פרוסקיטים דו-צדדיים יכול להיות גבוה ב-10-20 אחוזים מזו של תאים חד-צדדיים, מה שמוכיח כי כפול perovskites בעל צדדים חסכוני יותר.

מחקר NREL, הממומן על ידי משרד האנרגיה האמריקני לטכנולוגיות אנרגיה סולארית, נמצא כעת בשלב היפותטי.

נכון לעכשיו, תאי פרוסקיט חד-צדדיים אינם נמצאים עדיין בייצור המוני, שלא לדבר על תאים דו-פנים. התעשייה מאמינה שפרוסקיטים עשויים להיכנס לשוק ה-PV הסולארי, החל מגגות ופרויקטים בקנה מידה קטן. בפרויקטים אלה, יעילות גבוהה היא קריטית יותר מעלות ההתקנה, וזה מצריך מלכתחילה את החדשנות של הטכנולוגיה המיופסיאלית. נכון לעכשיו, זה דאגה עיקרית למי שמחפש להביא את הטכנולוגיה הזו לשוק.

עם זאת, אנרגיה סולארית דו-צדדית היא כיוון שקהילת המחקר המדעית חוקרת ללא הרף.

מוקדם יותר, המרכז לחקר האנרגיה של הולנד (ECN) הודיע ​​כי הוא פיתח בהצלחה תא סולארי טנדם פרוסקיט דו צדדי עם יעילות של עד 30.2 אחוזים, שהיא גבוהה בשליש מהיעילות של תאים סולאריים רגילים (כ-20 אחוזים). -22 אחוזים).

התא מאמץ טכנולוגיית סרט דק פרוסקיט, טכנולוגיית סיליקון גבישי וטכנולוגיית סיליקון דו-צדדית. בנוסף לקליטת אור השמש בצד הקדמי להפקת חשמל, הצד האחורי יכול לקבל גם אור מפוזר ואור מוחזר מהסביבה להפקת חשמל. לכן, יש לו יעילות ייצור חשמל מקיפה יותר. הוא פרץ בהצלחה את הגבול של תאים סולאריים חד-צדדיים והשיג יעילות המרה פוטו-אלקטרית גבוהה של 30.2 אחוזים.

בסין, יש כבר מקרי שימוש לאנרגיה סולארית סיליקון גבישי דו-פנים. Huadian Tianjin Haijing 1 מיליון קילוואט "מלח-שמש משלים" פרויקט פוטו-וולטאי משתמש באנרגיה סולארית דו-צדדית. תחנת הכוח "משלימה אור מלח" הוסיפה עיצוב ייצור חשמל דו צדדי. לא רק הצד כלפי מעלה של הפאנל הפוטו-וולטאי יכול להמיר ישירות אנרגיה חשמלית, אלא גם החלק האחורי יכול לספוג אור שמש המוחזר מפני המים, מה שיכול להגביר את יעילות ייצור החשמל של תחנת הכוח הפוטו-וולטאית ב-5 אחוזים -7 אחוזים.