เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางผสมผสาน

การวางซ้อนโซลาร์เซลล์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ นักวิจัยจาก Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ทำงานร่วมกับพันธมิตรในโครงการ PERCISTAND ที่ได้รับทุนสนับสนุนจากสหภาพยุโรป ได้ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบควบคู่ perovskite/CIS ซึ่งมีประสิทธิภาพเกือบร้อยละ 25 ซึ่งเป็นมูลค่าสูงสุดที่เทคโนโลยีนี้สามารถทำได้ ยิ่งไปกว่านั้น การผสมผสานของวัสดุนี้มีน้ำหนักเบาและใช้งานได้หลากหลาย ทำให้สามารถจินตนาการถึงการใช้เซลล์แสงอาทิตย์ควบคู่เหล่านี้ในยานพาหนะ อุปกรณ์พกพา และอุปกรณ์ที่สามารถพับหรือม้วนขึ้นได้ นักวิจัยนำเสนอผลงานของพวกเขาในวารสาร ACS Energy Letters

 

เซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite มีความก้าวหน้าอย่างน่าประหลาดใจในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ปัจจุบันประสิทธิภาพของพวกเขาเทียบได้กับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนที่มีมายาวนาน Perovskites เป็นวัสดุที่เป็นนวัตกรรมใหม่พร้อมโครงสร้างคริสตัลพิเศษ นักวิจัยทั่วโลกกำลังทำงานเพื่อเตรียมเทคโนโลยีโฟโตโวลตาอิก perovskite ให้พร้อมสำหรับการใช้งานจริง ยิ่งผลิตไฟฟ้าต่อหน่วยพื้นที่ผิวมากเท่าไร เซลล์แสงอาทิตย์ก็ยิ่งน่าสนใจสำหรับผู้บริโภคมากขึ้นเท่านั้น

 

ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์สามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการซ้อนเซลล์ตั้งแต่สองเซลล์ขึ้นไป หากเซลล์แสงอาทิตย์แบบเรียงซ้อนแต่ละเซลล์มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษในการดูดซับแสงจากส่วนต่างๆ ของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ การสูญเสียโดยธรรมชาติสามารถลดลงและเพิ่มประสิทธิภาพได้ ประสิทธิภาพเป็นตัววัดว่าแสงที่ตกกระทบจะถูกแปลงเป็นไฟฟ้ามากน้อยเพียงใด ด้วยความสามารถรอบด้าน เซลล์แสงอาทิตย์ของ perovskite จึงสร้างส่วนประกอบที่โดดเด่นสำหรับการตีคู่ดังกล่าว เซลล์แสงอาทิตย์แบบควบคู่โดยใช้ perovskite และซิลิกอนมีประสิทธิภาพสูงสุดเป็นประวัติการณ์ที่มากกว่า 29 เปอร์เซ็นต์ซึ่งสูงกว่าเซลล์แต่ละเซลล์ที่ทำจาก perovskite (25.7 เปอร์เซ็นต์) หรือซิลิกอน (26.7 เปอร์เซ็นต์)

การรวม Perovskites เข้ากับ CIS เพื่อความคล่องตัวและความยืดหยุ่น

 

การรวม perovskites กับวัสดุอื่น ๆ เช่น copper-indium-diselenide (CIS) หรือ copper-indium-gallium-diselenide (CIGS) จะให้ประโยชน์เพิ่มเติม การรวมกันดังกล่าวจะทำให้สามารถผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบควบคู่ที่เบาและยืดหยุ่นได้ ซึ่งสามารถติดตั้งได้ไม่เฉพาะในอาคารเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในยานพาหนะและอุปกรณ์พกพาด้วย เซลล์แสงอาทิตย์ดังกล่าวสามารถพับหรือม้วนเก็บและยืดออกได้เมื่อจำเป็น เช่น บนมู่ลี่หรือกันสาดเพื่อให้ร่มเงาและผลิตกระแสไฟฟ้าได้ในเวลาเดียวกัน

ทีมนักวิจัยนานาชาติที่นำโดย Dr. Marco A. Ruiz-Preciado และศาสตราจารย์ Ulrich W. Paetzold จาก Light Technology Institute (LTI) และ Institute of Microstructure Technology (IMT) ที่ KIT ประสบความสำเร็จในการผลิต perovskite/CIS ควบคู่กับเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด 24.9% (รับรอง 23.5 เปอร์เซ็นต์) Ruiz-Preciado กล่าวว่า “นี่เป็นประสิทธิภาพที่รายงานสูงสุดสำหรับเทคโนโลยีนี้และระดับประสิทธิภาพแรกที่สูงถึงทั้งหมดด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ diselenide copper-indium diselenide ที่เกือบจะปราศจากแกลเลียมควบคู่กันไป” Ruiz-Preciado กล่าว การลดปริมาณแกลเลียมส่งผลให้เกิดช่องว่างวงแคบประมาณหนึ่งอิเล็กตรอนโวลต์ (eV) ซึ่งใกล้เคียงกับค่าในอุดมคติที่ 0.96eV สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ด้านล่างตามลำดับ

 

เซลล์แสงอาทิตย์ CIS ที่มีช่องว่างแคบ – เซลล์แสงอาทิตย์แบบ Perovskite ที่มีปริมาณโบรมีนต่ำ

 

ช่องว่างของแถบความถี่เป็นลักษณะของวัสดุที่กำหนดส่วนของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ที่เซลล์แสงอาทิตย์สามารถดูดซับเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ในเซลล์แสงอาทิตย์แบบเรียงซ้อนแบบเสาหิน ช่องว่างของแถบความถี่ต้องเป็นแบบที่เซลล์ทั้งสองสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าที่คล้ายคลึงกันเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด หากช่องว่างแถบเซลล์ด้านล่างเปลี่ยนแปลง ช่องว่างแถบของเซลล์บนจะต้องปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลง และในทางกลับกัน

 

ในการปรับช่องว่างของแถบเพื่อให้สอดประสานกันอย่างมีประสิทธิภาพ มักใช้ perovskites ที่มีปริมาณโบรมีนสูง อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้มักจะนำไปสู่การลดลงของแรงดันไฟฟ้าและความไม่เสถียรของเฟส เนื่องจากนักวิจัยของ KIT และพันธมิตรของพวกเขาใช้เซลล์แสงอาทิตย์ CIS ที่มีช่องว่างวงแคบที่ฐานของคู่ของพวกเขา พวกเขาจึงสามารถผลิตเซลล์บนได้โดยใช้ perovskites ที่มีปริมาณโบรมีนต่ำ ซึ่งส่งผลให้เซลล์มีเสถียรภาพและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

 

“การศึกษาของเราแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของเซลล์แสงอาทิตย์แบบควบคู่ของ perovskite/CIS และสร้างรากฐานสำหรับการพัฒนาในอนาคตเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพต่อไป” Paetzold กล่าว “เราบรรลุเป้าหมายนี้ด้วยความร่วมมือที่โดดเด่นในโครงการ PERCISTAND ของสหภาพยุโรป และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ขอบคุณความร่วมมืออย่างใกล้ชิดกับองค์การเนเธอร์แลนด์เพื่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ประยุกต์” มีการทำรากฐานที่สำคัญในโครงการ CAPITANO ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจากกระทรวงเศรษฐกิจและการดำเนินการด้านสภาพภูมิอากาศของเยอรมนี (BMWK) ของเยอรมนี

 

 

เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางผสมผสานประสิทธิภาพและความอเนกประสงค์

 

นอกจากนี้ การผสมผสานของผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีน้ำหนักเบาและใช้งานได้หลากหลาย ทำให้สามารถจินตนาการถึงการใช้เซลล์แสงอาทิตย์ควบคู่เหล่านี้ในรถยนต์ อุปกรณ์พกพา และอุปกรณ์ต่างๆ ที่สามารถพับหรือม้วนขึ้นได้ นักวิทยาศาสตร์ได้นำเสนอสาเหตุของพวกเขาในวารสาร ACS Energy Letters

 

เซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite มีความก้าวหน้าอย่างน่าอัศจรรย์ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ปัจจุบันประสิทธิภาพใกล้เคียงกับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนที่มีมายาวนาน Perovskites เป็นวัสดุที่แยบยลด้วยโครงสร้างคริสตัลพิเศษ นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกกำลังทำงานเพื่อเตรียมเทคโนโลยีโฟโตโวลตาอิกของ perovskite ให้พร้อมสำหรับการใช้งานที่ใช้งานได้จริง ยิ่งพลังงานไฟฟ้าสร้างต่อหน่วยของพื้นผิวมากเท่าไร เซลล์แสงอาทิตย์ที่ดึงดูดสายตาก็ยิ่งมีลูกค้ามากขึ้นเท่านั้น

 

ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์สามารถปรับปรุงได้โดยการซ้อนเซลล์ตั้งแต่สองเซลล์ขึ้นไป หากเซลล์แสงอาทิตย์ที่ซ้อนกันแต่ละเซลล์มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษในการดูดซับแสงจากส่วนต่างๆ ของสเปกตรัมสุริยะ การสูญเสียที่สำคัญจะลดลงและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน

ประสิทธิภาพเป็นตัววัดว่าแสงตกกระทบมีการแลกเปลี่ยนกระแสไฟฟ้ามากน้อยเพียงใด ด้วยความสามารถรอบด้าน โซลาร์เซลล์ของ perovskite จึงสร้างส่วนประกอบที่ยอดเยี่ยมสำหรับการตีคู่ดังกล่าว เซลล์แสงอาทิตย์แบบคู่ที่ใช้ perovskites และซิลิกอนได้รับประสิทธิภาพของเอกสารมากกว่า 29% ซึ่งมากกว่าเซลล์ส่วนตัวที่ทำจาก perovskite (25.7%) หรือซิลิกอน (26.7%) อย่างมาก

 

การรวม perovskites เข้ากับ CIS เพื่อความคล่องตัวและความยืดหยุ่น

การรวม perovskites กับวัสดุอื่นๆ เช่น copper-indium-diselenide (CIS) หรือ copper-indium-gallium-diselenide (CIGS) จะให้ประโยชน์มากกว่า การรวมกันดังกล่าวจะทำให้สามารถผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบควบคู่ที่มีน้ำหนักเบาและปรับได้ ซึ่งสามารถติดตั้งได้ไม่เฉพาะในอาคารเท่านั้น แต่ยังรวมถึงรถบรรทุกและเครื่องมือเคลื่อนที่อีกด้วย เซลล์แสงอาทิตย์ดังกล่าวสามารถพับหรือม้วนขึ้นเพื่อใช้เป็นพื้นที่จัดเก็บและยืดออกได้ตามต้องการ เป็นตัวอย่างบนมู่ลี่หรือกันสาดเพื่อให้สีและผลิตไฟฟ้าพร้อมๆ กัน

ทีมนักวิทยาศาสตร์ระดับโลกที่นำโดย Dr. Marco A. Ruiz-Preciado และอาจารย์ประจำการ Ulrich W. Paetzold จากสถาบันเทคโนโลยีแสง (LTI) และสถาบันเทคโนโลยีโครงสร้างจุลภาค (IMT) ที่ KIT ประสบความสำเร็จในการสร้าง perovskite /CIS ควบคู่เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด 24.9% (รับรอง 23.5%) Ruiz-Preciado กล่าวว่า “นี่เป็นรายงานประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับเทคโนโลยีนี้และระดับประสิทธิภาพสูงเป็นอันดับแรกในทั้งหมดด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ diselenide ที่ปราศจากทองแดงที่ปราศจากแกลเลียม” Ruiz-Preciado กล่าว การลดปริมาณแกลเลียมส่งผลให้เกิดช่องว่างวงแคบประมาณหนึ่งอิเล็กตรอนโวลต์ (eV) ซึ่งใกล้เคียงกับค่าที่เหมาะสมมากที่ 0.96 eV สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ที่ลดลงในแนวเดียวกัน

 

เซลล์แสงอาทิตย์ CIS ที่มีช่องว่างวงแคบ: เซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite ที่มีปริมาณโบรมีนต่ำ

 

ช่องว่างของแถบความถี่คือคุณภาพของวัสดุที่ระบุส่วนของช่วงสุริยะที่เซลล์แสงอาทิตย์สามารถดูดซับเพื่อผลิตพลังงานได้ ในเซลล์แสงอาทิตย์แบบเรียงซ้อนเสาหิน ช่องว่างของแถบความถี่จะต้องเป็นแบบที่เซลล์ทั้งสองสามารถสร้างกระแสที่คล้ายคลึงกันเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด หากช่องว่างแถบของเซลล์ที่ลดลงมีการเปลี่ยนแปลง ช่องว่างแถบของเซลล์บนจะต้องปรับให้เข้ากับการปรับเปลี่ยนและในทางกลับกัน

ในการปรับช่องว่างของแถบเพื่อการรวมเข้าด้วยกันอย่างมีประสิทธิภาพ โดยทั่วไปจะใช้เพอร์รอฟสกีที่มีปริมาณโบรมีนสูง อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้มักทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลงและความไม่เสถียรของเฟส เมื่อพิจารณาว่านักวิจัยของ KIT และพันธมิตรของพวกเขาใช้ประโยชน์จากเซลล์แสงอาทิตย์ CIS ที่มีช่องว่างวงแคบที่ฐานของคู่ของพวกเขา พวกเขาสามารถผลิตเซลล์บนสุดโดยใช้ perovskites ที่มีปริมาณโบรมีนต่ำ ซึ่งส่งผลให้เซลล์มีความเสถียรเป็นพิเศษและ มีประสิทธิภาพ.

 

“การศึกษาวิจัยของเราแสดงให้เห็นถึงความสามารถของเซลล์แสงอาทิตย์แบบ perovskite/CIS ควบคู่ และพัฒนารากฐานสำหรับการพัฒนาในอนาคตเพื่อทำการปรับปรุงประสิทธิภาพต่อไป” Paetzold กล่าว “เราได้มาถึงจุดสังเกตนี้ด้วยความร่วมมือที่ยอดเยี่ยมในโครงการ PERCISTAND ของสหภาพยุโรป และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ขอบคุณความร่วมมืออย่างใกล้ชิดกับองค์การเนเธอร์แลนด์เพื่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ประยุกต์” มีการทำรากฐานที่สำคัญในโครงการ CAPITANO ซึ่งได้รับเงินจากกระทรวงเศรษฐกิจและการดำเนินการด้านสภาพอากาศของเยอรมนี (BMWK) ของเยอรมนี

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ foldafeeder.com