Kaksipuolisista ohutkalvokennoista tandem-aurinkokenno

DGIST:n energia- ja ympäristöteknologian osaston tohtori Dae-Gyu Hwangin ja tohtori Dae-Hwan Kimin johtama yhteinen tutkimusryhmä on merkittävästi parantanut kaksipuolisten ohutkalvoisten aurinkokennojen sähköntuotantotehoa.

Nämä kennoja absorboivat valoa sekä etu- että takapinnoista. Ryhmä on saavuttanut ennätyksellisen korkean kaksipuolisen tehotiheyden käyttämällä edistynyttä seuraavan sukupolven aurinkokennoarkkitehtuuria.

Neljän terminaalin (4T) kaksipuoliset tandem-aurinkokennot, jotka hyödyntävät valoa sekä etu- että takapinnoista, ovat nousemassa keskeiseksi seuraavan sukupolven teknologiaksi muuntotehokkuuden ja energiantuotannon parantamiseksi.

Ohutkalvoiset kaksipuoliset CIGS-aurinkokennot ovat lupaavia ehdokkaita alemmaksi kennoksi; niiden tehokkuutta on kuitenkin rajoittanut ei-toivottujen oksidikerrosten muodostuminen läpinäkyvän elektrodin ja absorboivan kerroksen väliin.

Tutkimusryhmä onnistui voittamaan tämän rajoituksen hallitsemalla läpinäkyvän takaelektrodin paksuuden tarkasti 200 nm:iin ja käyttämällä valikoivasti hopean (Ag) seostusprosesseja. Varauksensiirtoa estävien rajapintojen oksidikerrosten muodostumisen estäminen paransi merkittävästi varauksenkeräystehokkuutta ja maksimoi kaksipuolisen aurinkosähkön suorituskyvyn.

Uusi optimoitu kaksipuolinen CIGS-aurinkokenno saavutti erinomaisen kaksipuolisen tehotiheyden 19,05 mW/cm² olosuhteissa, jotka simuloivat todellisia heijastavia ympäristöjä.

Lisäksi tiimi pinosi uuden CIGS-kennon päälle perovskiitti-aurinkokennon – joka absorboi erittäin tehokkaasti lyhytaaltoista valoa – toteuttaen tandem-aurinkokennoarkkitehtuurin, jolla on laajennettu spektrivaste ja korkeampi valon hyödyntämistehokkuus.

Työssä koottu 4T-arkkitehtuuri saavutti ennätyksellisen korkean kaksipuolisen tehotiheyden, 28,42 mW/cm², mikä paransi merkittävästi nelinapaisten perovskiitti-CIGS-kaksipuolisten ohutkalvoisten tandem-aurinkokennojen teknistä toteutettavuutta.

DGIST:n päätutkija, tohtori Dae-Gyu Hwang, selitti: ”Kehitetty nelinapainen tandem-aurinkokenno on erittäin edullinen kaupallistamisen kannalta, koska ylä- ja alakenno toimivat itsenäisesti, mikä mahdollistaa joustavan sopeutumisen vaihteleviin valon tulo- ja heijastusolosuhteisiin.” Päätutkija, tohtori Dae-Hwan Kim, lisäsi: ”Optimoimme rajapintaa ja optisia rakenteita entisestään saavuttaaksemme entistä suuremman tehon tulevaisuudessa.”

Aiheesta aiemmin:

Täydellisen symmetriset 2D-perovskiitit tehostavat energian kuljetusta

Innovatiivisia rajapintoja tehokkaille perovskiittisille aurinkokennoille

Perovskiittisten aurinkokennojen tehokkuuden parantaminen