Kétoldalas perovskit napelemek, a következő befektetési lehetőség?
Jul 26, 2023
A nem-szilícium vékonyréteg-akkumulátorok harmadik generációjának képviselőjeként a perovszkit akkumulátorok születésük óta nagy figyelmet keltettek. A fotovoltaikus gyártók, a tőkepiacok és a kutatás-fejlesztési csoportok egyaránt nagy elvárásokat támasztanak a perovszkit napelemekkel szemben.
A piacon szokásos kristályos szilícium napelemekhez képest a perovszkit napelemek több mint 10-szer nagyobb fényelnyelő képességgel rendelkeznek, mint a kristályos szilícium, és az átalakítás hatékonysága folyamatosan javul. Ezenkívül viszonylag könnyűek és vékonyak, gazdag alkalmazási forgatókönyvekkel és viszonylag alacsony anyaggyártási költséggel. Hátránya, hogy viszonylag gyenge a stabilitása és viszonylag rövid az élettartama.
A perovszkit körüli technológiai újítások és fejlesztések azonban folyamatosan áttörnek. Egyesek a perovszkit és a kristályos szilícium keveredésére összpontosítanak, hogy halmozott napenergiát képezzenek. Vannak olyan kutatócsoportok is, amelyek kétoldalas perovszkit sejteket fejlesztettek ki a hatékonyság javítása érdekében.
Néhány nappal ezelőtt az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Nemzeti Megújuló Energia Laboratóriumának (NREL) kutatócsoportja azt állította, hogy az újonnan kifejlesztett kétoldalas perovszkit napelemek 91 százalékos -93 százalékos kapacitást értek el.
A kísérleti tanulmány szerint a kétoldalas perovszkit cellák 20 százalékkal több villamos energiát képesek termelni, mint az egyoldalas perovszkit cellák.
A "High-Efficiency Bifacial Single-Junction Perovskite Solar Cells" című tanulmány a Joule folyóiratban jelent meg.
01
A hátulról visszavert fény vétele közel áll az elülső hatékonysághoz
Az úgynevezett kétoldalas perovszkit napelem, ahogy a neve is sugallja, azt jelenti, hogy mindkét oldala képes felfogni a napfényt, hogy elektromos áramot termeljen, a hátulsó napfény pedig főként a modul alatti visszavert fényből származik.
A hatásfokot nagymértékben csökkenti a visszavert fény elnyelése?
Az egyoldalas napelemek hatékonysága rekordmagasságot, 26 százalékot ért el. Ezúttal az NREL azt állította, hogy a hátoldaluk hatékonysága 91-93 százaléka az elülső oldalénak, a hátoldal hatékonysága pedig elérheti a 24 százalékot is. A hatás még mindig nagyon jó.
A kutatók azt mondják, hogy olyan módosított vastagságú, kétoldalas perovszkit napelemet fejlesztettek ki, amely nagyon közeli hatásfokot ér el kétoldalas megvilágítás mellett. Optikai és elektromos szimulációkkal határozták meg az akkumulátorhoz szükséges vastagságot.
Ahhoz, hogy a napspektrum bizonyos részein a legtöbb foton elnyelje, a bifaciális napelem elülső oldalán lévő perovszkit rétegnek elég vastagnak kell lennie, de nem olyan vastagnak, hogy blokkolja a fotonokat. A csapat meghatározta a hátsó elektróda ideális vastagságát is az ellenállási veszteségek minimalizálása érdekében.
A szimulált értékek alapján a kutatócsoport 850 nanométer pontos vastagságú bifaciális sejteket tervezett. Ez sokkal kevesebb, mint az emberi haj vastagsága, amely körülbelül 70,000 nanométer vastag.
A kutatók a cellát két napelem-szimulátor közé helyezték, hogy értékeljék a kétoldalas megvilágítással elért hatékonyságot. Közvetlen fény irányul elöl, míg a hátsó visszaverődő fényt kap. A perovszkit cellák hatékonysága növekszik, ahogy a visszavert fény és az elülső megvilágítás aránya nő.
02
A kétoldalas perovszkitek gazdaságosabbak
Az NREL szerint a bifaciális perovszkit sejtek célja olyan elülső oldali hatékonyság elérése, amely megegyezik az egyoldali hatásfokkal, amelyeket számos kereskedelmi forgalomba hozott cella esetében publikáltak, például 28,6 százalékot az Oxford PV esetében, míg a hátsó oldali hatásfok nagyon közel van ezekre a szintekre. A tesztcellákban az elülső oldali konverziós hatékonyság 23 százaléka, a hátsó oldali konverziós hatékonyság pedig az elülső oldali hatékonyság 91-93 százaléka volt.
"Ez a perovszkit sejt mindkét oldalon nagyon hatékonyan tud működni" - mondta Kai Zhu, az NREL Kémiai és Nanotudományi Központjának vezető tudósa.
Hozzátette: bár az előállítási költség magasabb, mint az egyoldalas celláké, hosszú távon a kétoldalas perovszkitek energiatermelése 10-20 százalékkal magasabb lehet, mint az egyoldalas celláké, ami azt bizonyítja, hogy a duplája -oldalas perovskitek gazdaságosabbak.
Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Solar Energy Technologies Hivatala által finanszírozott NREL kutatás jelenleg a hipotetikus stádiumban van.
Jelenleg az egyoldalas perovszkit sejtek még nincsenek tömeggyártásban, nem beszélve a bifaciális sejtekről. Az iparág úgy véli, hogy a perovszkitek beléphetnek a napelemek piacára, kezdve a háztetőkkel és a kis léptékű projektekkel. Ezekben a projektekben a magas hatásfok kritikusabb, mint a beépítési költség, amihez elsősorban a myofascial technológia innovációja szükséges. Jelenleg ez komoly gondot okoz azoknak, akik ezt a technológiát szeretnék piacra vinni.
A kétoldalú napenergia azonban olyan irány, amelyet a tudományos kutatótársadalom folyamatosan kutat.
Korábban a Holland Energiakutató Központ (ECN) bejelentette, hogy sikeresen kifejlesztett egy kétoldalas tandem perovszkit napelemet, amelynek hatásfoka akár 30,2 százalék, ami egyharmadával magasabb, mint a hagyományos napelemek hatékonysága (körülbelül 20 százalék). -22 százalék ).
A cella perovszkit vékonyréteg-technológiát, kristályos szilícium technológiát és kétoldalas szilícium technológiát alkalmaz. Amellett, hogy az elülső oldalon elnyeli a napfényt az elektromos áram előállítása érdekében, a hátsó oldal szórt fényt és visszavert fényt is fogadhat a környezetből, hogy elektromosságot termeljen. Ezért átfogóbb energiatermelési hatékonysággal rendelkezik. Sikeresen áttörte az egyoldalas napelemek határát, és magas, 30,2 százalékos fotoelektromos konverziós hatásfokot ért el.
Kínában már léteznek esetek a bifaciális kristályos szilícium napenergia felhasználására. A Huadian Tianjin Haijing 1 millió kilowattos "só-napenergia kiegészítő" fotovoltaikus projekt kétoldali napenergiát használ. A "sófényt kiegészítő" erőmű kétoldalas energiatermelő kialakítást kapott. Nemcsak a fotovoltaikus panel felfelé eső oldala képes közvetlenül átalakítani az elektromos energiát, hanem a hátlapja is elnyeli a vízfelszínről visszaverődő napfényt, ami 5 százalékkal -7 százalékkal növelheti a fotovoltaikus erőmű energiatermelési hatékonyságát.
