Нова разработка на учени от Южна Корея поставя рекорд при двустранните тънкослойни соларни клетки, като значително повишава произведената мощност от единица площ. Постижението може да ускори внедряването на следващо поколение високоефективни фотоволтаични технологии, които са особено важни на фона на растящото електропотребление от AI центровете за данни и ограниченията на наличните площи за изграждане на соларни инсталации.
Новата архитектура на двустранна тънкослойна соларна клетка, разработена от южнокорейски изследователи, повишава драстично мощността, генерирана от единица площ. Постижението е дело на института по енергийни и екологични технологии в DGIST, а резултатите от изследването са публикувани в научното списание Carbon Energy.
Защо двустранните тандемни клетки са важни
С нарастването на енергийните потребности, породени от бързото разширяване на AI инфраструктурата, фотоволтаичните технологии трябва да осигуряват повече електроенергия от същата площ. Това превръща високоефективните соларни клетки в ключов фактор за бъдещото развитие на възобновяемата енергетика.
Сред най-перспективните решения се открояват четиритерминалните двустранни тандемни клетки. Те използват светлината както от предната, така и от задната страна на панела, което позволява по-висока ефективност на преобразуване и по-голям общ енергиен добив.
Решение на ключов технологичен проблем
Тънкослойните двустранни CIGS клетки (мед-индий-галий-селенид) се разглеждат като подходяща основа за долния слой в тандемните конструкции. Досега обаче тяхната ефективност се ограничаваше от образуването на нежелани оксидни слоеве между прозрачния електрод и светлопоглъщащия слой, които затрудняват преноса на електрически заряд.
Корейските учени преодоляват този проблем чрез прецизен контрол върху дебелината на прозрачния заден електрод, която е намалена до 200 нанометра, както и чрез селективно легиране със сребро. Така те ограничават образуването на оксидни слоеве в интерфейса между материалите, подобряват събирането на електрическия заряд и повишават ефективността на двустранното преобразуване на слънчевата енергия.
Рекордна мощност от единица площ
Оптимизираната CIGS клетка достига двустранна плътност на мощността от 19,05 mW/cm² при условия, които симулират реална среда с отразена светлина. Този показател измерва количеството електроенергия, произведено едновременно от светлината, падаща върху двете страни на клетката.
Следващата стъпка на екипа е интегрирането на перовскитна соларна клетка върху CIGS слоя. Перовскитът абсорбира много ефективно късовълновата част от слънчевия спектър, докато CIGS използва останалата енергия, което разширява спектралния диапазон и подобрява използването на падащата светлина.
Благодарение на тази четиритерминална тандемна архитектура учените постигат рекордна двустранна плътност на мощността от 28,42 mW/cm². Според авторите, това значително подобрява перспективите за практическото приложение на перовскитно-CIGS тандемните тънкослойни клетки.
Предимство за бъдещата комерсиализация
Според д-р Де-Гю Хуанг, ръководител на изследването, разработената четиритерминална тандемна конструкция предлага важно предимство за комерсиализацията, защото горната и долната клетка работят независимо една от друга. Това позволява системата по-лесно да се адаптира към различни ъгли на падане и отражение на светлината.
Следващата цел на екипа е допълнителна оптимизация на интерфейсите между материалите и на оптичната конструкция. Очакванията са това да доведе до още по-висока изходна мощност при бъдещите поколения на технологията.
