Аккумулятор Trojan 31XHS
Новое исследование, проведённое в Германии, показало, что повышение прозрачности и производительности верхней ячейки остаётся ключевым фактором для коммерциализации тандемных солнечных батарей на основе перовскита и кремния, а также для всех других типов тандемных устройств. Анализ показал, в частности, что верхняя ячейка должна обеспечивать более высокую эффективность, чтобы компенсировать снижение прозрачности.
Исследователь из Германии проанализировал, как уровень прозрачности верхней ячейки может влиять на производительность нижней ячейки в тандемных солнечных батареях, и обнаружил, что несовершенная передача света влияет не только на нижнюю ячейку, но и на саму верхнюю ячейку в устройстве с согласованным током.
“Главный вывод моей работы заключается в том, что прозрачность верхней ячейки в тандеме, которую часто недооценивают, имеет решающее значение для общей производительности устройства”, – рассказала журналу pv magazine Мартина Шмид, ученый из немецкого Университета Дуйсбург–Эссен. “В частности, в конфигурации с 2 выводами, согласованными по току, плохая передача через верхнюю ячейку напрямую снижает ее собственную производительность! Это поразительный — и на удивление недооцененный — факт, хотя он в корне очевиден ”.
Шмид объяснила, что верхняя ячейка должна обеспечивать более высокую эффективность, чем одна ячейка, чтобы компенсировать снижение прозрачности. «Как правило, если верхняя ячейка полностью пропускает фотоны ниже своей запрещённой зоны и солнечный спектр равномерно распределяется между верхней и нижней ячейками, то верхняя ячейка должна обеспечивать не менее 50% эффективности нижней ячейки, чтобы тандем соответствовал производительности одной нижней ячейки», — добавила она.
Согласно её анализу, в случае снижения прозрачности — например, до 35% — верхняя ячейка должна быть ещё более эффективной. Если, кроме того, тандем должен превосходить по эффективности одну нижнюю ячейку на 30%, требуется соотношение эффективности верхней и нижней ячеек 85%.
«Учитывая эти трудности, разделение спектра может оказаться более практичным решением, чем попытки оптимизировать только прозрачность, — подчеркнул Шмид. — Более того, тандемные системы имеют недостаток с точки зрения материалоёмкости, который можно устранить, комбинируя их с методами концентрации света. Кроме того, чтобы максимально использовать доступное солнечное излучение, рекомендуется двусторонняя работа — в любом случае это важный шаг, особенно с учётом того, что большинство современных кремниевых модулей уже двусторонние».
В исследовании «Эмпирическое правило для тандемных солнечных батарей и перспективы на будущее», опубликованном в Solar RRL, Шмид объяснил, что для тандемных устройств важно, чтобы p-n-переходы двух ячеек были совмещены таким образом, чтобы ток мог проходить напрямую между ними, чему часто способствует туннельный переход.
Такая конструкция идеально подходит для уменьшения количества и толщины промежуточных слоёв, что минимизирует паразитное оптическое поглощение и увеличивает количество света, но также снижает общую эффективность тандемной ячейки без согласования тока между верхним и нижним устройствами из-за ячейки с более низким выходным током.
Исследователь также описал различные подходы, которые могут помочь решить некоторые проблемы, связанные с прозрачностью верхних слоёв атмосферы, проанализированные в статье.
«Хотя оптимизация материала абсорбера для максимального поглощения выше запрещённой зоны и минимизации потерь ниже запрещённой зоны, связанных с дефектами, имеет важное значение, необходимо также учитывать и другие слои, — добавила она. — Контактные слои, например, являются основным источником потерь прозрачности из-за таких эффектов, как поглощение свободных носителей заряда».
Шмид также предложила улучшить баланс между оптической прозрачностью и электропроводностью ячейки, а также разработать новые стратегические решения для тонкоплёночных слоёв, демонстрирующих сложное распространение света. Кроме того, она рекомендовала использовать разделение спектра для замены потерь при прохождении света на ожидаемые более низкие потери при использовании оптики с разделением спектра.
«Чтобы ослабить ограничения, связанные с согласованием тока, можно рассмотреть такие концепции, как люминесцентная связь, промежуточные отражатели с селекцией по длине волны или двустороннее освещение, — заключила она. — В перспективе двусторонние тандемные концентрационные элементы в трёхконтактной конфигурации в сочетании с оптикой для разделения спектра, чтобы уменьшить оптические потери и повысить адаптивность к переменным условиям освещения, предлагают инновационный путь».