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Beste Solarzelle Aller Zeiten: Perowskit + Graphen + Silizium
Beste Solarzelle Aller Zeiten: Perowskit + Graphen + Silizium
Anonim

Bei aller Aufregung um das „Wunder“Solarzellenmaterial Perowskit vergisst man leicht, dass Graphen noch vor wenigen Jahren der letzte Schrei für neue saubere Technologien war. Nun, Graphen ist immer noch sehr in der Mischung, und Forscher verschmelzen um die Idee, es mit Perowskit in einer neuen Solarzelle zu kombinieren. Leichter gesagt als getan!

Perowskit-Solarzelle
Perowskit-Solarzelle

Perowskit-Solarzellen wie diese könnten das nächste große Ding sein, wenn sich eine neue Lösung auf Graphen-Basis herausbildet (Bildnachweis: NREL).

Graphen + Perowskit in einer Solarzelle

Für diejenigen unter Ihnen, die mit dem Thema noch nicht vertraut sind: Graphen ist ein zweidimensionales Material mit einzigartigen und leistungsstarken elektronischen Eigenschaften. Es wurde 2004 entdeckt, nachdem Forscher ein Stück Klebeband von einem Stück Graphit abgezogen hatten und begannen, in der Struktur des ultradünnen Films herumzustochern, der am Klebeband haftete.

Perovksit ist auch ein Mineral, das sich für die Leistung von Solarzellen eignet. Seine Ursprünge reichen etwas weiter zurück als Graphen, das im 19. Jahrhundert im Ural aufgetaucht ist. Synthetische Perowskit-Varianten lassen sich heute relativ einfach im Labor herstellen.

Die Herausforderung beim Design von Solarzellen besteht darin, dass beide Materialien wählerisch sind. Graphen ist bekanntermaßen schwierig zu verarbeiten und Perowskite haben ein Haltbarkeitsproblem, das bei der Konstruktion berücksichtigt werden muss.

Wenn das nach viel klingt, das in einem Gerät verarbeitet werden muss, ist es das. Trotzdem haben Forscher an der Graphen-Perowskit-Kombination herumgebastelt. In der neuesten Wendung hat ein in Italien ansässiges Team eine Solarzelle entwickelt, die diesen beiden Herausforderungen gerecht wird und einen beeindruckenden Wirkungsgrad von 26,3% erreicht.

Den Flaschenhals von Perowskit-Silizium-Solarzellen lösen

Tatsächlich sind 26,3% kein Rekord für Perowskit-Solarzellen, deren Titel in Kombination mit Silizium bei knapp über 29% liegt. Wenn jedoch der Kompromiss zwischen Umwandlungswirkungsgrad und Kosten ins Spiel kommt, könnte der Vorteil Solarzellen zugute kommen, die für kostengünstige Herstellungsverfahren in großen Stückzahlen geeignet sind.

Die neue Forschung ist eine Kooperation zwischen der Graphene Flagship Initiative der EU an der Universität Rom Tor Vergata, dem Italian Institute of Technology und einem IIT-Spin-off, dem Graphenspezialisten BeDimensional und dem spanischen Cleantech-Unternehmen ENEA.

Alle Details finden Sie in dem in der aktuellen Ausgabe des Journals Joule neu erschienenen Artikel „Mechanisch gestapelte, zweipolige Graphene-basierte Perowskite/Silizium-Tandem-Solarzelle mit Wirkungsgrad über 26% “.

Für diejenigen unter Ihnen, die unterwegs sind, begann das Team mit der Prämisse, dass Perowskit/Silizium-Tandemsolarzellen das nächste große Ding sein könnten, aufgrund einer Killer-Kombination aus relativ niedrigen Herstellungskosten und einer guten Chance, die Effizienzgrenzen der Solarumwandlung von. zu überschreiten Silikon allein.

Der Engpass liegt – oder war – auf der Fertigungsseite, bis das Team einen Workaround gefunden hat.

„Die Lösungsverarbeitung von Perowskit-Solarzellen direkt auf der texturierten Vorderseite hocheffizienter amorpher/kristalliner Silizium-Heterojunction-Zellen ist der größte Engpass“, erklären die Forscher. „Unser einfaches mechanisches Stapeln der Subzellen mit zwei Anschlüssen trägt dazu bei, hochleistungsfähige PV-Geräte zu erzielen.“

Grundsätzlich besteht der neue Ansatz darin, jeden Teil der Solarzelle zu konfigurieren, bevor sie alle mit Hilfe von Graphen-basierter Tinte verbunden werden.

Den Forschern zufolge kann die neue Technik mit lösungsbasierten Standardherstellungsverfahren auf die bestehende Ernte von Perowskit-Solarzellen angewendet werden.

Emmanuel Kymakis, Graphene Flagship Energy Generation Work Package Leader, liefert den technischen Erklärer (GRMs beziehen sich auf Graphen und andere Tinten, die mit 2D-Materialien hergestellt werden).

„Diese Pionierarbeit zeigt, dass die Integration von GRM-Tinten mit On-Demand-Morphologie und abstimmbaren optoelektronischen Eigenschaften in einer Tandemstruktur zu einer industriellen Fertigung mit hohem Durchsatz führen kann“, sagte er. „Graphen und verwandte Materialien verbessern die Leistung, Stabilität und Skalierbarkeit dieser Geräte.“

Vorwärts und aufwärts für TRAUBEN

Laut Kymakis wird die neue Solarzelle die Grundlage des Graphen-Flaggschiffprojekts GRAPES sein, das darauf abzielt, die 30-prozentige Solarumwandlungsmarke zu überschreiten und gleichzeitig die Herstellungskosten zu senken.

Die Aufrechterhaltung einer hohen Solarumwandlungseffizienz bei gleichzeitiger Vergrößerung der Solarmodulgröße ist ein weiteres wichtiges Ziel.

Als von der Europäischen Kommission finanziertes Projekt transportiert GRAPES viel Fracht. Das Projekt hat die Aufgabe, „die Akzeptanz von Solarenergieprojekten in Europa zu verbessern, indem die Stabilität und Effizienz dieser Technologie im großen Maßstab verbessert wird“.

Neben BeDimensional sind Greatcell Solar und Siemens weitere Partner aus dem Privatsektor.

GRAPES wurde erst letzten Dezember auf den Markt gebracht und es sieht so aus, als würden sie sich in einem rasanten Tempo bewegen. Die nächsten Schritte umfassen die Suche nach Standorten für Feldtests der auf Perowskit basierenden Solarzellen im Freien, wo der Kautschuk wirklich auf die Straße trifft.

CleanTechnica wendet sich an Sie, um zu sehen, ob es bereits eine Testseite ausgewählt hat.

Foto (ausgeschnitten): Perowskit-PV-Zelle über NREL (Bild: Dennis Schroeder).

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