Bifaziale Perowskit-Solarzellen weisen auf eine höhere Effizienz hin
NREL-Forscher berechnen die Verstärkung durch reflektiertes Licht, das auf die Rückseite des Geräts trifft
Laut Wissenschaftlern des National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums birgt eine bifaziale Perowskit-Solarzelle, die es ermöglicht, dass Sonnenlicht beide Seiten des Geräts erreicht, das Potenzial, höhere Energieerträge bei geringeren Gesamtkosten zu erzielen.
Die duale Natur einer bifazialen Solarzelle ermöglicht die Erfassung von direktem Sonnenlicht auf der Vorderseite und die Erfassung von reflektiertem Sonnenlicht auf der Rückseite, sodass dieser Gerätetyp seine monofazialen Gegenstücke übertrifft.
„Diese Perowskit-Zelle kann von beiden Seiten sehr effektiv arbeiten“, sagte Kai Zhu, leitender Wissenschaftler am Chemistry and Nanoscience Center am NREL und Hauptautor eines neuen Artikels, der in der Zeitschrift Joule veröffentlicht wurde: „Highly efficient bifacial single-junction perovskite solar cells“. Seine Co-Autoren vom NREL sind Qi Jiang, Rosemary Bramante, Paul Ndione, Robert Tirawat und Joseph Berry. Weitere Co-Autoren stammen von der Universität Toledo.
Frühere Forschungen zu bifazialen Perowskit-Solarzellen haben Geräte hervorgebracht, die im Vergleich zu monofazialen Zellen, die derzeit einen Wirkungsgrad von 26 % aufweisen, als unzureichend gelten. Im Idealfall, so stellten die NREL-Forscher fest, sollte eine bifaziale Zelle auf der Vorderseite einen Wirkungsgrad haben, der dem der leistungsstärksten monofazialen Zelle nahekommt, und auf der Rückseite einen ähnlichen Wirkungsgrad.
Den Forschern gelang es, eine Solarzelle herzustellen, deren Wirkungsgrad bei beidseitiger Beleuchtung nahe beieinander liegt. Die im Labor gemessene Effizienz der Frontbeleuchtung erreichte über 23%. Bei der Hintergrundbeleuchtung betrug die Effizienz etwa 91–93% der Frontbeleuchtung.
Vor dem Bau der Zelle stützten sich die Forscher auf optische und elektrische Simulationen, um die erforderliche Dicke zu bestimmen. Die Perowskitschicht auf der Vorderseite der Zelle musste dick genug sein, um die meisten Photonen aus einem bestimmten Teil des Sonnenspektrums zu absorbieren, aber eine zu dicke Perowskitschicht kann die Photonen blockieren. Auf der Rückseite der Zelle musste das NREL-Team die ideale Dicke der hinteren Elektrode bestimmen, um Widerstandsverluste zu minimieren.
Laut Zhu wurde das Design der bifazialen Zelle von Simulationen geleitet, und ohne diese Unterstützung hätten die Forscher Zelle für Zelle experimentell produzieren müssen, um die ideale Dicke zu bestimmen. Sie fanden heraus, dass die ideale Dicke für eine Perowskitschicht etwa 850 Nanometer beträgt. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa 70.000 Nanometer groß.
Um die durch bifaziale Beleuchtung erzielte Effizienz zu bewerten, platzierten die Forscher die Zelle zwischen zwei Sonnensimulatoren. Auf die Vorderseite wurde direktes Licht gerichtet, während auf der Rückseite reflektiertes Licht empfangen wurde. Die Effizienz der Zelle stieg mit zunehmendem Verhältnis von reflektiertem Licht zur Frontbeleuchtung.
Während Forscher schätzen, dass die Herstellung eines bifazialen Perowskit-Solarmoduls teurer wäre als die eines monofazialen Moduls, könnten sich bifaziale Module mit der Zeit als bessere finanzielle Investition erweisen, da sie 10–20 % mehr Strom erzeugen.
Quelle
NREL 2023
