Tandemowe ogniwa perowskitowe przekraczają barierę 26 procent sprawności
Międzynarodowe zespoły badawcze, w tym inżynierowie z europejskiej firmy Oxford PV oraz naukowcy z chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii (USTC), ustanowili nowe standardy wydajności w dziedzinie fotowoltaiki. Zespół profesora Xu Jixiana z USTC uzyskał certyfikowaną, stabilną sprawność na poziomie 26,7 proc. dla pojedynczego ogniwa perowskitowego o strukturze odwróconej. Wynik ten, uwzględniony w zestawieniach Solar Cell Efficiency Tables, stanowi istotny wzrost w porównaniu z osiągnięciami z lat ubiegłych. Równolegle w Europie moduł tandemowy opracowany przez Oxford PV osiągnął sprawność 26,9 proc., co zostało oficjalnie potwierdzone przez instytut Fraunhofer CalLab.
Kluczem do sukcesu jest konstrukcja tandemowa, która łączy zalety dwóch różnych materiałów półprzewodnikowych: tradycyjnego krzemu oraz nowoczesnych perowskitów. Mechanizm działania takiego układu opiera się na kaskadowym pochłanianiu światła, co przypomina pracę dwóch filtrów o różnych właściwościach. Górna warstwa, wykonana z perowskitu o szerokiej przerwie energetycznej, absorbuje wysokoenergetyczne fotony światła niebieskiego i ultrafioletowego. Fale o niższej energii przenikają głębiej, gdzie zostają przechwycone przez dolną warstwę krzemową, wyspecjalizowaną w przetwarzaniu promieniowania z czerwonej i podczerwonej części spektrum. Dzięki takiemu podziałowi pracy ogniwo tandemowe znacznie lepiej wykorzystuje dostępne widmo słoneczne niż standardowe panele jednowarstwowe.
W procesie optymalizacji badacze z University of Rome Tor Vergata oraz specjaliści z laboratorium Solarlab Aiko Europe wykorzystali zaawansowane techniki inżynierii powierzchniowej. Zastosowanie warstw pasywujących, takich jak tlenek glinu czy nanostruktury grafenowe, pozwoliło zminimalizować straty energii na stykach różnych materiałów. Inżynierowie z USTC skupili się na stabilizacji struktury krystalicznej perowskitu poprzez precyzyjną depozycję parową, co zapobiega degradacji materiału pod wpływem czynników zewnętrznych. Takie podejście pozwala zbliżyć się do teoretycznego limitu wydajności dla tandemów, szacowanego na ponad 40 proc., podczas gdy dla samego krzemu granica ta, znana jako limit Shockleya-Queissera, wynosi około 29–33 proc.
Znaczenie tych osiągnięć wykracza poza rekordy laboratoryjne. Przekroczenie progu 26 proc. sprawności w skali modułów pilotażowych oznacza gotowość technologii do wdrożenia przemysłowego. Wyższa efektywność bezpośrednio obniża uśredniony koszt energii elektrycznej, ponieważ pozwala uzyskać większą moc z tej samej powierzchni instalacji. Perowskity, ze względu na swoją lekkość i możliwość nanoszenia na elastyczne podłoża, znajdą zastosowanie nie tylko na dachach domów, ale także w systemach zintegrowanych z elewacjami budynków oraz w zasilaniu pojazdów elektrycznych. Obecnie liderzy branży, tacy jak LONGi czy Oxford PV, koncentrują się na skalowaniu produkcji i zapewnieniu wieloletniej trwałości nowych ogniw w zmiennych warunkach atmosferycznych.
Źródła: https://en.ustc.edu.cn/info/1007/4929.htm, http://en.ustc.edu.cn/info/1007/4676.htm, https://www.eurekalert.org/news-releases/1058073, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pip.3831, https://www.rinnovabili.net/tech-innovations-and-startups/energy-tech-innovations-and-startups/thin-perovskite-solar-panels-the-new-efficiency-record-is-26-7/
