Ηλιακά κύτταρα διπλής όψης Perovskite, η επόμενη επενδυτική έξοδος;

Ως εκπρόσωπος της τρίτης γενιάς μπαταριών λεπτής μεμβράνης χωρίς πυρίτιο, οι μπαταρίες περοβσκίτη έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή από τη γέννησή τους. Οι κατασκευαστές φωτοβολταϊκών, οι κεφαλαιαγορές και οι όμιλοι Ε&Α έχουν μεγάλες προσδοκίες για τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη.

Σε σύγκριση με τα κοινά ηλιακά κύτταρα κρυσταλλικού πυριτίου στην αγορά, τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη έχουν περισσότερο από 10 φορές την ικανότητα απορρόφησης φωτός από το κρυσταλλικό πυρίτιο και η απόδοση μετατροπής βελτιώνεται συνεχώς. Είναι επίσης σχετικά ελαφριά και λεπτά, με πλούσια σενάρια εφαρμογής και σχετικά χαμηλό κόστος κατασκευής υλικών. Το μειονέκτημα είναι ότι η σταθερότητα είναι σχετικά κακή και η διάρκεια ζωής είναι σχετικά μικρή.

Ωστόσο, οι τεχνολογικές καινοτομίες και βελτιώσεις γύρω από τον περοβσκίτη διαπερνούν συνεχώς. Μερικοί επικεντρώνονται στην ανάμειξη περοβσκίτη και κρυσταλλικού πυριτίου για να σχηματίσουν στοιβαγμένη ηλιακή ενέργεια. Υπάρχουν επίσης ερευνητικές ομάδες που έχουν αναπτύξει κυψέλες περοβσκίτη διπλής όψης προκειμένου να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα.

Πριν από λίγες ημέρες, μια ερευνητική ομάδα στο Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL) του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ ισχυρίστηκε ότι τα πρόσφατα αναπτυγμένα ηλιακά κύτταρα διπλής όψης περοβσκίτη πέτυχαν 91 τοις εκατό -93 τοις εκατό εγκατάσταση.

Σύμφωνα με την πειραματική μελέτη, οι κυψέλες περοβσκίτη διπλής όψης έχουν τη δυνατότητα να παράγουν 20 τοις εκατό περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από τις κυψέλες περοβσκίτη μονής όψης.

Η μελέτη, με τίτλο «High-Efficiency Bifacial Single-Junction Perovskite Solar Cells», δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Joule.

01

Η λήψη ανακλώμενου φωτός στο πίσω μέρος είναι κοντά στην απόδοση της μπροστινής πλευράς

Το λεγόμενο ηλιακό κύτταρο διπλής όψης περοβσκίτη, όπως υποδηλώνει το όνομα, σημαίνει ότι και οι δύο πλευρές μπορούν να συλλάβουν το ηλιακό φως για να παράγουν ηλεκτρισμό και το ηλιακό φως που συλλαμβάνεται στο πίσω μέρος προέρχεται κυρίως από το ανακλώμενο φως κάτω από τη μονάδα.

Θα μειωθεί σημαντικά η απόδοση με την απορρόφηση του ανακλώμενου φωτός;

Η απόδοση των ηλιακών κυψελών μονής όψης έχει φτάσει στο υψηλό ρεκόρ του 26 τοις εκατό. Αυτή τη φορά, η NREL ισχυρίστηκε ότι η απόδοση της πίσω πλευράς τους είναι 91-93 τοις εκατό αυτής της μπροστινής πλευράς και η απόδοση της πίσω πλευράς μπορεί να φτάσει περίπου το 24 τοις εκατό . Το αποτέλεσμα είναι ακόμα πολύ καλό.

Οι ερευνητές λένε ότι κατασκεύασαν ένα ηλιακό κύτταρο διπλής όψης περοβσκίτη με τροποποιημένο πάχος που επιτυγχάνει πολύ κοντινές αποδόσεις υπό φωτισμό διπλής όψης. Χρησιμοποίησαν οπτικές και ηλεκτρικές προσομοιώσεις για να καθορίσουν το πάχος που απαιτείται για την μπαταρία.

Για να απορροφήσει τα περισσότερα φωτόνια σε ορισμένα μέρη του ηλιακού φάσματος, το στρώμα περοβσκίτη στην μπροστινή πλευρά του διπλού ηλιακού κυττάρου πρέπει να είναι αρκετά παχύ, αλλά όχι τόσο παχύ ώστε να εμποδίζει τα φωτόνια. Η ομάδα προσδιόρισε επίσης το ιδανικό πάχος του πίσω ηλεκτροδίου για να ελαχιστοποιήσει τις απώλειες αντίστασης.

Καθοδηγούμενη από τις προσομοιωμένες τιμές, η ερευνητική ομάδα σχεδίασε διπροσωπικά κύτταρα με ακριβές πάχος 850 νανόμετρων. Αυτό είναι πολύ μικρότερο από το πάχος της ανθρώπινης τρίχας, που είναι περίπου 70,000 νανόμετρα πάχους.

Οι ερευνητές τοποθέτησαν το κύτταρο ανάμεσα σε δύο ηλιακούς προσομοιωτές για να αξιολογήσουν την απόδοση που επιτυγχάνεται με φωτισμό διπλής όψης. Το άμεσο φως στοχεύει στο μπροστινό μέρος, ενώ το πίσω λαμβάνει το ανακλώμενο φως. Η απόδοση των κυψελών περοβσκίτη αυξάνεται καθώς αυξάνεται η αναλογία του ανακλώμενου φωτός προς το φως που φωτίζεται μπροστά.

02

Οι περοβσκίτες διπλής όψης είναι πιο οικονομικοί

Η NREL λέει ότι ο στόχος για τις κυψέλες περοβσκίτη διπλής όψης είναι να επιτύχουν αποτελεσματικότητες στην μπροστινή πλευρά ίσες με τις αποδόσεις της μίας πλευράς, οι οποίες έχουν δημοσιευθεί για μια ποικιλία εμπορικών κυψελών, όπως 28,6 τοις εκατό για Φ/Β της Οξφόρδης, ενώ οι αποδόσεις στην πίσω πλευρά είναι πολύ κοντά σε αυτά τα επίπεδα. Στα κελιά δοκιμής, η απόδοση μετατροπής στην μπροστινή πλευρά ήταν 23 τοις εκατό και η απόδοση μετατροπής στην πίσω πλευρά ήταν 91-93 τοις εκατό της αποτελεσματικότητας της μπροστινής πλευράς.

«Αυτό το κύτταρο περοβσκίτη μπορεί να λειτουργήσει πολύ αποτελεσματικά και στις δύο πλευρές», είπε ο Κάι Ζου, ανώτερος επιστήμονας στο Κέντρο Χημείας και Νανοεπιστήμης του NREL.

Πρόσθεσε ότι παρόλο που το κόστος παραγωγής είναι υψηλότερο από αυτό των κυψελών μονής όψης, μακροπρόθεσμα, η παραγωγή ενέργειας από περοβσκίτες διπλής όψης μπορεί να είναι 10-20 τοις εκατό υψηλότερη από αυτή των κυψελών μονής όψης, αποδεικνύοντας ότι διπλή -Οι περοβσκίτες είναι πιο οικονομικοί.

Η έρευνα NREL, που χρηματοδοτείται από το Γραφείο Τεχνολογιών Ηλιακής Ενέργειας του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ, βρίσκεται αυτή τη στιγμή στο υποθετικό στάδιο.

Επί του παρόντος, τα κύτταρα περοβσκίτη μονής όψης δεν είναι ακόμη σε μαζική παραγωγή, πόσο μάλλον τα διπρόσωπα κύτταρα. Η βιομηχανία πιστεύει ότι οι περοβσκίτες μπορούν να εισέλθουν στην αγορά των ηλιακών φωτοβολταϊκών, ξεκινώντας από στέγες και έργα μικρής κλίμακας. Σε αυτά τα έργα, η υψηλή απόδοση είναι πιο κρίσιμη από το κόστος εγκατάστασης, και αυτό απαιτεί την καινοτομία της τεχνολογίας myofascial κατά πρώτο λόγο. Αυτήν τη στιγμή, αυτό είναι μια σημαντική ανησυχία για όσους θέλουν να φέρουν αυτήν την τεχνολογία στην αγορά.

Ωστόσο, η ηλιακή ενέργεια διπλής όψης είναι μια κατεύθυνση που η επιστημονική ερευνητική κοινότητα διερευνά συνεχώς.

Νωρίτερα, το Ολλανδικό Κέντρο Ενεργειακής Έρευνας (ECN) ανακοίνωσε ότι ανέπτυξε με επιτυχία ένα διπλής όψεως διπλής όψης ηλιακό κύτταρο περοβσκίτη με απόδοση έως και 30,2 τοις εκατό, που είναι κατά ένα τρίτο υψηλότερη από την απόδοση των συμβατικών ηλιακών κυψελών (περίπου 20 τοις εκατό -22 τοις εκατό ).

Η κυψέλη υιοθετεί τεχνολογία λεπτής μεμβράνης περοβσκίτη, τεχνολογία κρυσταλλικού πυριτίου και τεχνολογία πυριτίου διπλής όψης. Εκτός από την απορρόφηση του ηλιακού φωτός στην μπροστινή πλευρά για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η πίσω πλευρά μπορεί επίσης να λάβει διάσπαρτο φως και ανακλώμενο φως από το περιβάλλον για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Ως εκ τούτου, έχει υψηλότερη συνολική απόδοση παραγωγής ενέργειας. Ξεπέρασε με επιτυχία το όριο των ηλιακών κυψελών μονής όψης και πέτυχε υψηλή απόδοση φωτοηλεκτρικής μετατροπής 30,2 τοις εκατό.

Στην Κίνα, υπάρχουν ήδη θήκες για χρήση ηλιακής ενέργειας διπλής όψης κρυσταλλικού πυριτίου. Το φωτοβολταϊκό έργο Huadian Tianjin Haijing "συμπληρωματικό αλάτι-ηλιακό" 1 εκατομμυρίου κιλοβάτ χρησιμοποιεί ηλιακή ενέργεια διπλής όψης. Ο σταθμός ηλεκτροπαραγωγής "συμπληρωματικός με φως αλατιού" έχει προσθέσει ένα σχέδιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας διπλής όψης. Όχι μόνο η προς τα πάνω πλευρά του φωτοβολταϊκού πίνακα μπορεί να μετατρέψει απευθείας ηλεκτρική ενέργεια, αλλά και το πίσω μέρος μπορεί να απορροφήσει το ηλιακό φως που ανακλάται από την επιφάνεια του νερού, γεγονός που μπορεί να αυξήσει την απόδοση παραγωγής ενέργειας του φωτοβολταϊκού σταθμού κατά 5 τοις εκατό -7 τοις εκατό .