Австралийские исследователи фотовольтаики сделали «крутое» открытие: синглетное деление и тандемные солнечные элементы — два инновационных способа более эффективной генерации солнечной энергии — также помогают снизить рабочие температуры и дольше поддерживать работу устройств.
Тандемные элементы могут быть изготовлены из комбинации кремния - наиболее часто используемого фотоэлектрического материала - и новых соединений, таких как перовскитные нанокристалли, которые могут иметь большую запрещенную зону, чем кремний, и помогают устройству захватывать большую часть солнечного спектра для выработки энергии.
Синглетное деление, между тем, является методом, который производит в два раза больше электронных носителей заряда, чем обычно для каждого фотона поглощаемого света. Тетрацен используется в этих устройствах для передачи энергии, генерируемой синглетным делением, в кремний.
Ученые и инженеры по всему миру работают над лучшим способом включения тандемных элементов и процессов деления синглетов в коммерчески жизнеспособные устройства, которые могут замещать обычные кремниевые солнечные элементы с одним переходом, обычно встречающиеся на крышах и в крупномасштабных массивах.
Теперь работа, проведенная Школой фотоэлектрической и возобновляемой энергетики и Центром передового опыта ARC в области экситонной науки, базирующимися в UNSW в Сиднее, выявила некоторые ключевые преимущества как тандемных ячеек, так и синглетного деления.
Исследователи показали, что как тандемные ячейки кремния / перовскита, так и синглетные ячейки деления на основе тетрацена будут работать при более низких температурах, чем обычные кремниевые устройства. Это уменьшит влияние повреждений от тепла на устройства, продлив срок их службы и снизив стоимость энергии, которую они производят.
Например, снижение рабочей температуры модуля на 5-10°C соответствует приросту годового производства энергии на 2-4%. И срок службы устройств, как правило, удваивается на каждые 10 ° C снижения температуры. Это означает увеличение срока службы на 3,1 года для тандемных клеток и на 4,5 года для синглетных клеток деления.
В случае синглетных клеток деления есть еще одно удобное преимущество. Когда тетрацен неизбежно разлагается, он становится прозрачным для солнечного излучения, что позволяет ячейке продолжать функционировать как обычное кремниевое устройство, хотя первоначально оно работало при более низкой температуре и обеспечило превосходную эффективность на первом этапе своего жизненного цикла.
Ведущий автор доктор Джессика Яцзе Цзян сказала: «Коммерческая ценность фотоэлектрических технологий может быть увеличена либо за счет повышения эффективности преобразования энергии, либо за счет увеличения срока службы. Первый является основным драйвером для развития технологий следующего поколения, в то время как мало внимания уделяется потенциальным преимуществам в течение срока службы.
«Мы продемонстрировали, что эти передовые фотоэлектрические технологии также показывают дополнительные преимущества с точки зрения увеличения срока службы за счет работы при более низкой температуре и большей устойчивости к деградации, вводя новую парадигму для оценки потенциала новых технологий солнечной энергии».