חוקרים פיתחו תא סולארי טנדם המשלב אנטימון סלניד ופרוסקיט, משיג יעילות של למעלה מ-20%, ומפגין פוטנציאל משמעותי בשיפור המרת האנרגיה הסולארית וחרוג ממגבלות היעילות המסורתיות.
תא טנדם נבנה באמצעות פרוסקיט וסלניד אנטימון.
צוות מחקר הוכיח לראשונה תא סולארי טנדם הוכחה למושג המשתמש בסלניד אנטימון כחומר התא התחתון וחומר פרוסקיט היברידי אורגני-אי-אורגני רחב פסים כחומר התא העליון. המכשיר השיג יעילות המרת הספק של למעלה מ-20 אחוזים. מחקר זה מראה שלאנטימון סלניד יש פוטנציאל גדול ליישומי תאים תחתונים.
המחקר פורסם בכתב העת חומרים ומכשירי אנרגיה ב-4 במרץ 2024.
טכנולוגיה פוטו-וולטאית, הרותמת את אור השמש וממירה אותו לחשמל, פופולרית מכיוון שהיא מספקת מקור אנרגיה נקי ומתחדש. מדענים ממשיכים לעבוד כדי לשפר את יעילות המרת החשמל, או מדד היעילות, בתאים סולאריים. הם השיגו יעילות המרת הספק של למעלה מ-20 אחוז בתאים סולאריים קונבנציונליים עם צומת יחיד. כדי להשיג יעילות חשמל מעל מגבלת Shockley-Queisser בתאים סולאריים עם צומת יחיד ידרוש עלויות גדולות בהרבה. עם זאת, ניתן להתגבר על מגבלת Shockley-Queisser של תאים סולאריים עם צומת יחיד באמצעות ייצור של תאים סולאריים טנדם. עם תאים סולאריים טנדם, חוקרים מסוגלים להשיג יעילות אנרגטית גבוהה יותר על ידי ערימת חומרים של תאים סולאריים זה על גבי זה.
פיתוח תאים סולאריים אנטימון סלניד טנדם
צוות המחקר פעל ליצירת תאים סולאריים טנדם, באמצעות מוליך למחצה בשם אנטימון סלניד. מחקרים קודמים עם סלניד אנטימון התמקדו בעיקר ביישומים בתאים סולאריים עם צומת יחיד. אבל צוות המחקר ידע שמנקודת מבט של פער פס, מוליך למחצה זה עשוי להתגלות כחומר מתאים לתא תחתון עבור תאים סולאריים טנדם.
"אנטימון סלניד הוא חומר מתאים לתא תחתון עבור תאים סולאריים טנדם. עם זאת, בגלל הנדירות של דיווח על תאים סולאריים טנדם המשתמשים בו כתא תחתון, תשומת לב מועטה ניתנה ליישומה. הרכבנו תא סולארי טנדם עם יעילות המרה גבוהה תוך שימוש בו כתא התחתון כדי להדגים את הפוטנציאל של החומר הזה", אמר טאו צ'ן, פרופסור למדע והנדסת חומרים באוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של סין. תאים סולאריים טנדם מסוגלים לספוג את אור השמש טוב יותר מאשר תאים סולאריים עם צומת יחיד המשתמשים בשכבה אחת של חומר מוליכים למחצה. התאים הסולאריים הטנדם ממירים חלק גדול יותר מאור השמש לחשמל, כך שהם יעילים יותר באנרגיה מאשר תאים סולאריים בצומת יחיד.
הדגמה של תא סולארי טנדם הוכח למושג המורכב מסלניד אנטימון ופרוסקיט רחב-פס כחומרי ספיגת תת-תאים תחתונים ועליונים. המכשיר משיג יעילות המרת הספק של יותר מ-20% על ידי אופטימיזציה של האלקטרודה השקופה של התא העליון ותהליך ההכנה של התא התחתון. קרדיט: חומרי אנרגיה והתקנים, הוצאת אוניברסיטת Tsinghua
שיפורים בעיצוב תאים סולאריים
הצוות ייצר תאים סולאריים סולאריים מסוג פרוסקיט/אנטימון סלניד בעלי אלקטרודה מוליכה שקופה לתגובה ספקטרלית מיטבית. הם הצליחו להתאים את עובי שכבת האלקטרודה השקופה של התא העליון כדי להשיג יעילות גבוהה של יותר מ-17 אחוזים. הם ייעלו את התא התחתון של האנטימון סלניד על ידי החדרת שכבת הובלה כפולה של אלקטרונים והשיגו יעילות המרת הספק של 7.58 אחוזים.
כאשר הם הרכיבו באופן מכאני את התאים העליונים והתחתונים כדי ליצור את התא הסולארי הטנדם בעל ארבעה טרמינלים, יעילות המרת הכוח עלתה על 20.58 אחוזים, שהיא גבוהה מזו של תאי המשנה העצמאיים. התא הסולארי הטנדם שלהם מפגין יציבות מצוינת עם אלמנטים מורכבים לא רעילים. "עבודה זו מספקת מבנה מכשיר טנדם חדש ומדגימה שאנטימון סלניד הוא חומר סופג מבטיח ליישומי תאים תחתונים בתאים סולאריים טנדם", אמר צ'ן.
במבט קדימה, הצוות מקווה לעבוד לקראת תא סולארי טנדם דו-טרמינלי משולב יותר ולשפר עוד יותר את ביצועי המכשיר. "היציבות הגבוהה של אנטימון סלניד מספקת נוחות רבה להכנת תא סולארי טנדם דו-טרמינלי, מה שאומר שעשויות להיות לו תוצאות טובות בשילוב עם לא מעט סוגים שונים של חומרי תאים עליונים."
צוות המחקר כולל את Zhiyuan Cai, Huiling Cai, Yuehao Gu, Rongfeng Tang, Changfei Zhu וטאו צ'ן מאוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של סין, יחד עם Jia Sun ו-Paifeng Luo מאוניברסיטת הפאי לטכנולוגיה.
מחקר זה ממומן על ידי תוכנית המפתח הלאומית למחקר ופיתוח של סין; הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין; פרויקט מרכזי של קרן הדרכה לחדשנות תעשייתית לשיתוף פעולה מקומי-בית ספר, אוניברסיטת חפיי לטכנולוגיה, סין; Wuhu Major Project Application Application, סין; ותוכנית החדשנות השיתופית של מרכז המדע חפיי, CAS.
