Tutto monolitico bifacciale

Centro editoriale leggero, Istituto di ottica di Changchun, meccanica e fisica fine, CAS

immagine: illustrazione schematica (a sinistra) e immagine al microscopio elettronico a scansione in sezione trasversale (a destra) di tandem monolitici bifacciali costituiti da perovskite.vedere di più

Crediti: Hongjiang Li, Yurui Wang, Han Gao, Mei Zhang, Renxing Lin, Pu Wu, Ke Xiao e Hairen Tan

Le celle solari alla perovskite agli alogenuri metallici hanno attirato enorme attenzione poiché la loro efficienza di conversione di potenza (PCE) aumenta rapidamente da meno del 4% a oltre il 25%. Migliorare ulteriormente le prestazioni con bassi costi aggiuntivi è fondamentale per la commercializzazione delle celle solari alla perovskite. Uno dei percorsi più promettenti è quello di adottare la configurazione tandem per superare il limite di Shockley-Queisser delle celle solari a giunzione singola.

Impilando due assorbitori con bandgap complementare, le celle solari tandem promettono PCE più elevati rispetto alle loro controparti a giunzione singola. Le perovskiti sono altamente desiderabili per le celle solari tandem. Le celle solari tandem interamente costituite da perovskite sono molto promettenti grazie al loro basso costo, all'elevata potenza specifica e alla flessibilità.

In un nuovo articolo pubblicato su eLight, un team di scienziati, guidato dal professor Hairen Tan dell’Università di Nanchino, ha dimostrato le prime celle solari tandem bifacciali monolitiche interamente in perovskite. Il loro articolo, "Rivelare il potenziale di potenza di uscita delle celle solari tandem bifacciali monolitiche interamente in perovskite", ha scoperto che il loro dispositivo aveva un potenziale di potenza di uscita significativamente più elevato.

I tandem monolitici interamente in perovskite sono notevolmente migliorati fino al valore recentemente certificato del 28,0%. Nonostante questi progressi, altre strategie per ottenere una maggiore densità di potenza in uscita (OPD) sono ancora fortemente auspicate per ridurre il costo livellato dell’energia (LCOE). Un'altra strategia efficace per aumentare l'OPD delle celle solari in perovskite è sfruttare la configurazione bifacciale. Consente un guadagno OPD significativo utilizzando la luce che raggiunge il lato posteriore dei dispositivi, ovvero l'albedo (la luce riflessa e diffusa dall'ambiente circostante).

Utilizzando l'ossido conduttivo trasparente (TCO) come elettrodi posteriori, è possibile costruire celle solari bifacciali in perovskite sulla base della consolidata configurazione monofacciale. Ancora più importante, le celle solari bifacciali in perovskite sarebbero più stabili delle loro controparti monofacciali. La simulazione numerica mostra che le celle tandem bifacciali possono ereditare i vantaggi dell'architettura tandem e del design bifacciale. Permetterebbe una maggiore efficienza termodinamica oltre i tandem monofacciali e le celle solari bifacciali a giunzione singola.

In presenza di albedo, il design ottimizzato della corrispondenza della corrente nei tandem monofacciali porterà a una mancata corrispondenza nella configurazione bifacciale. La corrente delle sottocelle inferiori sarà aumentata con l'albedo in tandem monolitici bifacciali. Rispetto ai tandem monofacciali, gli elettrodi trasparenti posteriori ridurranno la corrente nelle sottocelle inferiori consentendo alla luce di trasmettere senza riflessione posteriore. L'attuale abbinamento deve essere riprogettato nelle configurazioni tandem bifacciali.

Il gruppo di ricerca ha dimostrato la progettazione e la fabbricazione di celle solari tandem bifacciali interamente costituite da perovskite utilizzando ossido conduttivo trasparente (TCO) come elettrodo posteriore. L'ingegneria del bandgap della sottocella superiore è stata implementata per ottenere l'adattamento della corrente con varie illuminazioni posteriori. L'effetto dell'albedo sui parametri fotovoltaici e sulla risposta spettrale è stato studiato sistematicamente. Il calcolo della resa energetica rivela una maggiore densità di potenza in uscita utilizzando l'architettura bifacciale in condizioni reali.

I tandem monolitici bifacciali interamente in perovskite sono stati dimostrati utilizzando elettrodi posteriori trasparenti. Permette la raccolta della luce che colpisce la parte posteriore dei tandem. I tandem bifacciali hanno mostrato un miglioramento delle prestazioni più notevole rispetto ai tandem monofacciali. Solo il bandgap della sottocella superiore è stato regolato per ottenere l'attuale corrispondenza dei tandem bifacciali con illuminazione posteriore, valida per un'albedo inferiore al 40%. Per albedo superiore al 40%, la densità di corrente dei tandem è satura. I ricercatori hanno proposto di diminuire ulteriormente la banda proibita delle sottocelle superiori o di aumentare la banda proibita delle sottocelle inferiori.