Dubbelzijdige perovskietzonnecellen, de volgende investeringsmogelijkheid?

Als vertegenwoordiger van de derde generatie niet-silicium dunne-filmbatterijen hebben perovskietbatterijen sinds hun geboorte veel aandacht getrokken. Fabrikanten van fotovoltaïsche cellen, kapitaalmarkten en R&D-groepen hebben allemaal grote verwachtingen van perovskietzonnecellen.

Vergeleken met de gewone zonnecellen van kristallijn silicium op de markt, hebben perovskietzonnecellen meer dan 10 keer de lichtabsorptiecapaciteit van kristallijn silicium, en de conversie-efficiëntie verbetert voortdurend. Ze zijn ook relatief licht en dun, met rijke toepassingsscenario's en relatief lage materiaalproductiekosten. Het nadeel is dat de stabiliteit relatief slecht is en de levensduur relatief kort.

Technologische innovaties en verbeteringen rondom perovskiet breken echter voortdurend door. Sommigen richten zich op het mengen van perovskiet en kristallijn silicium om gestapelde zonne-energie te vormen. Er zijn ook onderzoeksteams die dubbelzijdige perovskietcellen hebben ontwikkeld om de efficiëntie te verbeteren.

Een paar dagen geleden beweerde een onderzoeksteam van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) van het Amerikaanse ministerie van Energie dat hun nieuw ontwikkelde dubbelzijdige perovskietzonnecellen een faciliteit van 91 procent -93 procent bereikten.

Volgens het experimentele onderzoek hebben dubbelzijdige perovskietcellen het potentieel om 20 procent meer elektriciteit te produceren dan enkelzijdige perovskietcellen.

De studie, getiteld "High-Efficiency Bifacial Single-Junction Perovskite Solar Cells", werd gepubliceerd in het tijdschrift Joule.

01

Het ontvangen van gereflecteerd licht aan de achterkant ligt dicht bij de efficiëntie aan de voorkant

De zogenaamde dubbelzijdige perovskietzonnecel betekent, zoals de naam al doet vermoeden, dat beide zijden zonlicht kunnen opvangen om elektriciteit op te wekken, en dat het zonlicht dat aan de achterkant wordt opgevangen voornamelijk afkomstig is van het gereflecteerde licht onder de module.

Zal de efficiëntie sterk afnemen door het absorberen van gereflecteerd licht?

Het rendement van enkelzijdige zonnecellen heeft een recordhoogte van 26 procent bereikt. Deze keer beweerde NREL dat de efficiëntie van de achterkant 91-93 procent is van die van de voorkant, en dat de efficiëntie van de achterkant ongeveer 24 procent kan bereiken. Het effect is nog steeds erg goed.

Onderzoekers zeggen dat ze een dubbelzijdige perovskiet-zonnecel hebben ontwikkeld met een aangepaste dikte die zeer goede efficiëntie behaalt onder dubbelzijdige verlichting. Ze gebruikten optische en elektrische simulaties om de benodigde dikte voor de batterij te bepalen.

Om de meeste fotonen in bepaalde delen van het zonnespectrum te kunnen absorberen, moet de perovskietlaag aan de voorzijde van de bifaciale zonnecel dik genoeg zijn, maar niet zo dik dat deze de fotonen blokkeert. Het team bepaalde ook de ideale dikte van de achterelektrode om weerstandsverliezen te minimaliseren.

Geleid door de gesimuleerde waarden ontwierp het onderzoeksteam bifaciale cellen met een precieze dikte van 850 nanometer. Dat is veel minder dan de dikte van menselijk haar, dat ongeveer 70,000 nanometer dik is.

De onderzoekers plaatsten de cel tussen twee zonnesimulators om de efficiëntie te evalueren die wordt bereikt door dubbelzijdige verlichting. Direct licht wordt naar de voorkant gericht, terwijl de achterkant gereflecteerd licht ontvangt. De efficiëntie van perovskietcellen neemt toe naarmate de verhouding tussen gereflecteerd licht en van voren verlicht licht toeneemt.

02

Dubbelzijdige perovskieten zijn zuiniger

NREL zegt dat het doel van bifaciale perovskietcellen is om een ​​efficiëntie aan de voorkant te bereiken die vergelijkbaar is met die aan de enkelzijdige efficiëntie, die is gepubliceerd voor een verscheidenheid aan commerciële cellen, zoals 28,6 procent voor Oxford PV, terwijl de efficiëntie aan de achterkant heel dichtbij ligt. naar deze niveaus. In de testcellen was de conversie-efficiëntie aan de voorkant 23 procent en de conversie-efficiëntie aan de achterkant was 91-93 procent van de efficiëntie aan de voorkant.

"Deze perovskietcel kan aan beide kanten zeer efficiënt werken", zegt Kai Zhu, senior wetenschapper bij NREL's Centre for Chemistry and Nanoscience.

Hij voegde eraan toe dat hoewel de productiekosten hoger zijn dan die van enkelzijdige cellen, de energieopwekking van dubbelzijdige perovskieten op de lange termijn 10-20 procent hoger kan zijn dan die van enkelzijdige cellen, wat bewijst dat dubbele -zijdige perovskieten zijn zuiniger.

Het NREL-onderzoek, gefinancierd door het Office of Solar Energy Technologies van het Amerikaanse ministerie van Energie, bevindt zich momenteel in de hypothetische fase.

Momenteel zijn enkelzijdige perovskietcellen nog niet in massaproductie, laat staan ​​bifaciale cellen. De industrie is van mening dat perovskieten de markt voor zonne-energie kunnen betreden, te beginnen met daken en kleinschalige projecten. Bij deze projecten is een hoge efficiëntie belangrijker dan de installatiekosten, en dit vereist in de eerste plaats de innovatie van myofasciale technologie. Op dit moment is dat een grote zorg voor degenen die deze technologie op de markt willen brengen.

Dubbelzijdige zonne-energie is echter een richting die de wetenschappelijke onderzoeksgemeenschap voortdurend onderzoekt.

Eerder maakte het Energieonderzoek Centrum (ECN) bekend dat het met succes een dubbelzijdige tandem-perovskietzonnecel heeft ontwikkeld met een rendement tot wel 30,2 procent, wat een derde hoger is dan het rendement van conventionele zonnecellen (zo’n 20 procent -22 procent).

De cel maakt gebruik van dunne-filmtechnologie van perovskiet, kristallijne siliciumtechnologie en dubbelzijdige siliciumtechnologie. Naast het absorberen van zonlicht aan de voorzijde om elektriciteit op te wekken, kan de achterzijde ook strooilicht en gereflecteerd licht uit de omgeving ontvangen om elektriciteit op te wekken. Daarom heeft het een hogere, uitgebreide energieopwekkingsefficiëntie. Het doorbrak met succes de limiet van enkelzijdige zonnecellen en bereikte een hoge foto-elektrische conversie-efficiëntie van 30,2 procent.

In China zijn er al gebruiksscenario's voor bifaciale kristallijne silicium-zonne-energie. Huadian Tianjin Haijing 1 miljoen kilowatt "zout-zon-complementair" fotovoltaïsch project maakt gebruik van dubbelzijdige zonne-energie. De "zoutlicht-complementaire" energiecentrale heeft een dubbelzijdig ontwerp voor energieopwekking toegevoegd. Niet alleen de bovenzijde van het fotovoltaïsche paneel kan elektrische energie direct omzetten, maar de achterkant kan ook zonlicht absorberen dat door het wateroppervlak wordt gereflecteerd, waardoor de energieopwekkingsefficiëntie van de fotovoltaïsche elektriciteitscentrale met 5 procent -7 procent kan worden verhoogd.