Bifacial monolítico todo

Light Publishing Center, Instituto de Óptica, Mecánica Fina y Física de Changchun, CAS

imagen: Ilustración esquemática (izquierda) e imagen de microscopía electrónica de barrido transversal (derecha) de tándems bifaciales monolíticos de perovskita.ver más

Crédito: por Hongjiang Li, Yurui Wang, Han Gao, Mei Zhang, Renxing Lin, Pu Wu, Ke Xiao y Hairen Tan

Las células solares de perovskita de haluro metálico han atraído una enorme atención debido a que sus eficiencias de conversión de energía (PCE) aumentan rápidamente de menos del 4 % a más del 25 %. Mejorar aún más el rendimiento con costos adicionales bajos es crucial para comercializar células solares de perovskita. Una de las rutas más prometedoras es adoptar la configuración en tándem para superar el límite de Shockley-Queisser de las células solares de unión única.

Al apilar dos absorbentes con banda prohibida complementaria, las células solares en tándem prometen PCE más altas que sus contrapartes de unión única. Las perovskitas son muy deseables para las células solares en tándem. Las células solares en tándem totalmente de perovskita son muy prometedoras debido a su bajo costo, alta potencia específica y flexibilidad.

En un nuevo artículo publicado en eLight, un equipo de científicos, dirigido por el profesor Hairen Tan de la Universidad de Nanjing, ha demostrado las primeras células solares bifaciales monolíticas en tándem de perovskita. Su artículo, "Revelación del potencial de potencia de salida de las células solares en tándem bifaciales monolíticas totalmente de perovskita", descubrió que su dispositivo tenía un potencial de potencia de salida significativamente mayor.

Los tándems monolíticos totalmente de perovskita han mejorado enormemente hasta el valor recientemente certificado de 28,0 %. A pesar de esos avances, todavía se desean otras estrategias para lograr una mayor densidad de potencia de salida (OPD) para reducir el costo nivelado de energía (LCOE). Otra estrategia eficaz para aumentar la OPD de las células solares de perovskita es aprovechar la configuración bifacial. Permite una ganancia significativa de OPD al utilizar la luz que llega a la parte posterior de los dispositivos, es decir, el albedo (la luz reflejada y dispersada del entorno).

Usando óxido conductor transparente (TCO) como electrodos traseros, las células solares bifaciales de perovskita se pueden construir en base a la configuración monofacial bien establecida. Más importante aún, las células solares de perovskita bifaciales serían más estables que sus contrapartes monofaciales. La simulación numérica muestra que las células tándem bifaciales pueden heredar las ventajas de la arquitectura tándem y el diseño bifacial. Permitiría una mayor eficiencia termodinámica más allá de los tándems monofaciales y las células solares bifaciales de unión única.

En presencia de albedo, el diseño de coincidencia actual optimizado en tándems monofaciales conducirá a una falta de coincidencia en la configuración bifacial. La corriente de las subceldas inferiores aumentará con el albedo en tándems monolíticos bifaciales. En comparación con los tándems monofaciales, los electrodos transparentes traseros reducirán la corriente en las subceldas inferiores al permitir que la luz se transmita sin reflexión trasera. La combinación actual debe rediseñarse en configuraciones bifaciales en tándem.

El equipo de investigación demostró el diseño y la fabricación de células solares bifaciales en tándem totalmente de perovskita mediante el uso de óxido conductor transparente (TCO) como electrodo trasero. Se implementó la ingeniería de banda prohibida de la subcelda superior para obtener la coincidencia actual bajo varias luces traseras. El efecto del albedo sobre los parámetros fotovoltaicos y la respuesta espectral se ha investigado sistemáticamente. El cálculo del rendimiento energético revela una mayor densidad de potencia de salida al utilizar una arquitectura bifacial en condiciones reales.

Los tándems monolíticos bifaciales totalmente de perovskita se demostraron utilizando electrodos traseros transparentes. Permite la captación de luz incidiendo en la parte trasera de los tándems. Los tándems bifaciales mostraron una mejora de rendimiento más notable que los tándems monofaciales. Solo se ajustó la banda prohibida de la subcelda superior para lograr la combinación actual de tándems bifaciales con iluminación trasera, que era válida para un albedo por debajo del 40 %. Para albedo superior al 40%, la densidad de corriente de los tándems está saturada. Los investigadores propusieron disminuir aún más la brecha de banda de las subceldas superiores o aumentar la brecha de banda de las subceldas inferiores.

El uso de SnO2 depositado con ALD y óxido de conducción transparente pulverizado (ITO) como contactos traseros puede evitar la corrosión por haluro de los electrodos traseros. La reducción del contenido de bromuro en la celda superior puede aliviar la segregación de haluros. Los tándems bifaciales mostraron una ganancia sustancial de rendimiento energético en condiciones del mundo real con varios motivos de presentación en diferentes condiciones climáticas. Dado que los tándems bifaciales totalmente de perovskita tienen como objetivo recolectar luz en la parte trasera para impulsar la OPD, se espera que sean aplicables a escala de servicios públicos.

Los investigadores notaron que su tándem bifacial de perovskita fabricado en un sustrato de vidrio de rejilla también podría procesarse en un sustrato flexible para un tándem bifacial flexible de perovskita. Las condiciones climáticas y los terrenos impactan directamente en la intensidad y el espectro del albedo. Se requieren tándems bifaciales personalizados con una banda prohibida diferente de subcélulas superiores para diversas condiciones climáticas y terrenos. La técnica de seguimiento solar atraerá tándems bifaciales para utilizar el albedo. Este trabajo revela el potencial de los tándems bifaciales de perovskita como una nueva arquitectura de dispositivo para una mayor potencia de salida con una mayor estabilidad.

eLuz

10.1186/s43593-022-00028-w

Revelando el potencial de potencia de salida de las células solares en tándem bifaciales monolíticas totalmente de perovskita

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