Vědci v Dánsku se poprvé pokusili postavit selen-křemíkový tandemový solární článek. A zjistili, že zařízení okamžitě dodá pozoruhodné napětí naprázdno. Navzdory současným nízkým úrovním účinnosti slibuje nový koncept článků podle jeho tvůrců dosáhnout účinnosti přes 40

Vědci v Dánsku se poprvé pokusili postavit selen-křemíkový tandemový solární článek. A zjistili, že zařízení okamžitě dodá pozoruhodné napětí naprázdno. Navzdory současným nízkým úrovním účinnosti slibuje nový koncept článků podle jeho tvůrců dosáhnout účinnosti přes 40 %.

Skupina vědců pod vedením Dánské technické univerzity vyvinula tandemový solární článek založený na horním článku s absorbérem selenu (Se) a spodním zařízení vyrobeném z křemíku (Si).

Novinkou výzkumu byla první integrace Se širokého energetického bandgap článku do FV zařízení s tandemovou konfigurací. Toto jednoduché tandemové zařízení se jeví unikátní tím, že se zakládá na jednoprvkových absorpčních materiálech.

,,Shockley-Queisserův limit pro takový tandemový solární článek vychází při více než 40 % účinnosti," uvedl odpovídající autor výzkumu Rasmus Nielsen. „Proto má tento tandemový solární článek potenciál zvýšit účinnost přeměny energie křemíkových solárních článků za velmi nízkou cenu. A to zejména vzhledem k tomu, že selen se musí zpracovávat při teplotách pod 200 °C.

Nový článek je podle jeho tvůrců potenciální alternativou k tandemovým solárním článkům z perovskitu a křemíku. Mezi jeho výhody patří, že polovodič je anorganický a skládá se pouze z jednoho prvku. Velmi dobře absorbuje světlo, kromě toho má nízkou toxicitu a je hojný na Zemi.

Pomocí kapacitního softwaru solárních článků SCAPS-1D, vyvinutého Univerzitou v Gentu, vědci identifikovali kritickou transportní bariéru pro tento druh tandemových článků na rozhraní mezi elektronovou transportní vrstvou (ETL) a rekombinační vrstvou. Ta podle nich omezuje tok nosičů náboje a snižuje účinnost přeměny energie článku.

Integrace selenu do FV zařízení s tandemovou konfigurací

Ukázali, že tento problém lze vyřešit nahrazením oxidu zinečnatého (ZnMgO) vrstvou oxidu titaničitého (TiO2) pro kontakt typu n v selenovém horním článku.

,,Integrované hustoty zkratového proudu jednotlivých subčlánků ukazují, že selenový horní článek omezuje celkový proud tandemového zařízení," vysvětlili. ,,Použitím zpětného předpětí na horní buňku pomocí přístupného třetího terminálu se účinnost sběru výrazně zlepšuje."

Pro spodní křemíkový článek vědci použili přizpůsobené zařízení TOPCon typu n s rekombinační vrstvou oxidu india a cínu (ITO) a stříbrným (Ag) kovovým kontaktem na zadní straně. Horní zařízení bylo vyrobeno přímo na vrstvě ITO pomocí kontaktu typu n. A to na bázi oxidu zinečnatého hořečnatého (ZnMgO) nebo oxidu titaničitého (TiO₂).

Vědci zjistili, že tandemové zařízení na bázi ZnMgO dosáhlo napětí naprázdno 1,68 V, ale nízké účinnosti. Nejlepšího celkového výkonu se dosáhlo při použití kontaktu TiO₂ typu n s účinností 2,7 %. Což je 10 x vyšší než u ZnMgO. Do hloubky se analyzovaly stále značné ztráty ze selenového horního článku a navrhly se strategie dalšího vylepšení tandemového solárního článku.

,,Nahrazením elektronově selektivního transportního materiálu jsme dosáhli slibného desetinásobného zvýšení účinnosti, i když jsme narušili ideální uspořádání pásem na heteropřechodu pn," uvedli. ,,To zdůrazňuje důležitost optimalizace heterostrukturních rozhraní, kde by mělo být zváženo zahrnutí vrstev modifikace povrchu."

Představili nový koncept článků ve studii „Monolitické selenové/křemíkové tandemové solární články“, publikované v PRX Energy.

Při pohledu do budoucna výzkumná skupina uvedla, že má v úmyslu převrátit strukturu zařízení. A to tak, aby se kontakty typu n a typu p horní a spodní buňky prohodily. „Doporučujeme také nahradit vrstvu ITO jinou rekombinační vrstvou, která se jeví více kompatibilní s tenkými vrstvami ZnMgO,“ vysvětlil Nielsen. ,,Nakonec se tak může vyřešit mnoho ztrát sériového odporu."

Zdroj: thedriven, Vapol