Doppelseitige Perowskit-Solarzellen, die nächste Investitionsmöglichkeit?
Jul 26, 2023
Als Vertreter der dritten Generation von Nicht-Silizium-Dünnschichtbatterien haben Perowskit-Batterien seit ihrer Geburt große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Photovoltaikhersteller, Kapitalmärkte und Forschungs- und Entwicklungsgruppen haben alle große Erwartungen an Perowskit-Solarzellen.
Im Vergleich zu den gängigen kristallinen Silizium-Solarzellen auf dem Markt haben Perowskit-Solarzellen eine mehr als zehnmal höhere Lichtabsorptionskapazität als kristallines Silizium, und die Umwandlungseffizienz verbessert sich ständig. Sie sind außerdem relativ leicht und dünn, bieten vielfältige Anwendungsszenarien und relativ niedrige Materialherstellungskosten. Der Nachteil besteht darin, dass die Stabilität relativ gering und die Lebensdauer relativ kurz ist.
Allerdings brechen immer wieder technologische Innovationen und Verbesserungen rund um Perowskit durch. Einige konzentrieren sich auf die Vermischung von Perowskit und kristallinem Silizium, um gestapelte Solarenergie zu erzeugen. Es gibt auch Forschungsteams, die doppelseitige Perowskitzellen entwickelt haben, um die Effizienz zu verbessern.
Vor einigen Tagen behauptete ein Forschungsteam am National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums, dass ihre neu entwickelten doppelseitigen Perowskit-Solarzellen eine Leistung von 91 Prozent -93 Prozent erreichten.
Der experimentellen Studie zufolge haben doppelseitige Perowskit-Zellen das Potenzial, 20 Prozent mehr Strom zu produzieren als einseitige Perowskit-Zellen.
Die Studie mit dem Titel „High-Efficiency Bifacial Single-Junction Perovskite Solar Cells“ wurde in der Fachzeitschrift Joule veröffentlicht.
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Der Empfang von reflektiertem Licht auf der Rückseite kommt der Effizienz auf der Vorderseite nahe
Die sogenannte doppelseitige Perowskit-Solarzelle bedeutet, wie der Name schon sagt, dass beide Seiten Sonnenlicht einfangen können, um Strom zu erzeugen, und das auf der Rückseite eingefangene Sonnenlicht stammt hauptsächlich aus dem reflektierten Licht unterhalb des Moduls.
Wird die Effizienz durch die Absorption von reflektiertem Licht stark verringert?
Der Wirkungsgrad einseitiger Solarzellen hat einen Rekordwert von 26 Prozent erreicht. Dieses Mal behauptete NREL, dass die Effizienz ihrer Rückseite 91-93 Prozent derjenigen der Vorderseite beträgt und die Effizienz der Rückseite etwa 24 Prozent erreichen kann. Die Wirkung ist immer noch sehr gut.
Forscher sagen, dass sie eine doppelseitige Perowskit-Solarzelle mit einer modifizierten Dicke entwickelt haben, die bei doppelseitiger Beleuchtung sehr ähnliche Wirkungsgrade erreicht. Mithilfe optischer und elektrischer Simulationen ermittelten sie die für die Batterie erforderliche Dicke.
Um die meisten Photonen in bestimmten Teilen des Sonnenspektrums zu absorbieren, muss die Perowskitschicht auf der Vorderseite der bifazialen Solarzelle dick genug sein, aber nicht so dick, dass sie die Photonen blockiert. Das Team bestimmte außerdem die ideale Dicke der Rückelektrode, um Widerstandsverluste zu minimieren.
Basierend auf den simulierten Werten entwarf das Forschungsteam bifaziale Zellen mit einer präzisen Dicke von 850 Nanometern. Das ist viel weniger als die Dicke eines menschlichen Haares, das etwa 70,000 Nanometer dick ist.
Die Forscher platzierten die Zelle zwischen zwei Sonnensimulatoren, um die durch doppelseitige Beleuchtung erzielte Effizienz zu bewerten. Direktes Licht wird auf die Vorderseite gerichtet, während die Rückseite reflektiertes Licht empfängt. Die Effizienz von Perowskit-Zellen steigt mit zunehmendem Verhältnis von reflektiertem Licht zu frontal beleuchtetem Licht.
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Doppelseitige Perowskite sind wirtschaftlicher
Laut NREL besteht das Ziel für bifaziale Perowskit-Zellen darin, Wirkungsgrade auf der Vorderseite zu erreichen, die den Wirkungsgraden auf einer Seite entsprechen, die für eine Vielzahl kommerzieller Zellen veröffentlicht wurden, beispielsweise 28,6 Prozent für Oxford PV, während die Wirkungsgrade auf der Rückseite sehr nahe beieinander liegen auf diese Ebenen. In den Testzellen betrug der Umwandlungswirkungsgrad auf der Vorderseite 23 Prozent und der Umwandlungswirkungsgrad auf der Rückseite 91-93 Prozent des Wirkungsgrads auf der Vorderseite.
„Diese Perowskit-Zelle kann auf beiden Seiten sehr effizient arbeiten“, sagte Kai Zhu, leitender Wissenschaftler am Zentrum für Chemie und Nanowissenschaften des NREL.
Er fügte hinzu, dass die Produktionskosten zwar höher seien als die von einseitigen Zellen, die Stromerzeugung von doppelseitigen Perowskiten jedoch auf lange Sicht um 10-20 Prozent höher sein könne als die von einseitigen Zellen, was beweist, dass dies doppelt so hoch sei -seitige Perowskite sind wirtschaftlicher.
Die NREL-Forschung, die vom Office of Solar Energy Technologies des US-Energieministeriums finanziert wird, befindet sich derzeit im hypothetischen Stadium.
Derzeit werden einseitige Perowskitzellen noch nicht in Massenproduktion hergestellt, geschweige denn bifaziale Zellen. Die Branche geht davon aus, dass Perowskite auf dem Solar-PV-Markt Fuß fassen könnten, beginnend mit Dächern und Kleinprojekten. Bei diesen Projekten ist eine hohe Effizienz wichtiger als die Installationskosten, und dies erfordert in erster Linie die Innovation der myofaszialen Technologie. Das ist derzeit ein großes Anliegen für diejenigen, die diese Technologie auf den Markt bringen wollen.
Allerdings ist die doppelseitige Solarenergie eine Richtung, die die wissenschaftliche Forschungsgemeinschaft ständig erforscht.
Zuvor gab das niederländische Energieforschungszentrum (ECN) bekannt, dass es erfolgreich eine doppelseitige Tandem-Perowskit-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von bis zu 30,2 Prozent entwickelt hat, was ein Drittel höher ist als der Wirkungsgrad herkömmlicher Solarzellen (etwa 20 Prozent). -22 Prozent).
Die Zelle nutzt die Perowskit-Dünnschichttechnologie, die kristalline Siliziumtechnologie und die doppelseitige Siliziumtechnologie. Neben der Absorption von Sonnenlicht auf der Vorderseite zur Stromerzeugung kann die Rückseite auch Streulicht und reflektiertes Licht aus der Umgebung empfangen und so Strom erzeugen. Daher weist es einen höheren Gesamtwirkungsgrad bei der Stromerzeugung auf. Es durchbrach erfolgreich die Grenzen einseitiger Solarzellen und erreichte einen hohen photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad von 30,2 Prozent.
In China gibt es bereits Anwendungsfälle für bifaziale Solarenergie aus kristallinem Silizium. Das 1-Millionen-Kilowatt-Photovoltaikprojekt „Salz-Solar-Ergänzung“ von Huadian Tianjin Haijing nutzt doppelseitige Solarenergie. Das „Salzlicht-Ergänzungskraftwerk“ verfügt über ein doppelseitiges Stromerzeugungsdesign. Nicht nur die Oberseite des Photovoltaikmoduls kann direkt elektrische Energie umwandeln, sondern die Rückseite kann auch von der Wasseroberfläche reflektiertes Sonnenlicht absorbieren, was die Stromerzeugungseffizienz des Photovoltaikkraftwerks um 5 Prozent -7 Prozent steigern kann.
