Исследователи Научно-технологического университета им. короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии разработали модуль солнечной батареи, который совершенствования оптической конструкции снижает потери энергии между ячейками и модулями. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Исследовательские лаборатории по всему миру работают над постоянным повышением эффективности солнечных элементов. Но эксплуатация этих устройств в реальном мире представляет собой особую дополнительную проблему. Например, солнечные элементы могут быть встроены в модули, способные защитить чувствительные материалы от агрессивных сред – что, как правило, снижает эффективность преобразования энергии и прирост производительности, столь старательно достигнутый в лаборатории.
Луцзя Сюй, Стефан де Вольф и их коллеги из KAUST сконструировали более эффективный модуль солнечной батареи с улучшенной оптической конструкцией. Солнечные элементы были изготовлены из комбинации двух светопоглощающих полупроводников: кремния и перовскита.
В настоящее время кремний является хорошо зарекомендовавшим себя материалом в производстве солнечных элементов. Перовскиты являются сравнительно новым материалом, хотя добавление их тонкого слоя поверх кремния уже показало улучшение характеристик при приемлемом увеличении стоимости.
Эти так называемые тандемные перовскит-кремниевые солнечные элементы ранее демонстрировали эффективность преобразования оптической энергии в электрическую до 30%. Теоретическое моделирование показало, что этот показатель может достигать 45%.
Но когда исследователи KAUST поместили такие тандемные солнечные элементы в защитный модуль, они обнаружили, что эффективность упала с 28,9% до 25,7%. Этот модуль был сделан в стандартном исполнении: путем размещения солнечных элементов между двумя стеклянными листами, а внутренняя часть была заполнена термопластичным полиуретаном для герметизации солнечных элементов.
Ученые посчитали, что снижение эффективности связано с несоответствием показателей преломления после введения стекла и полиуретана непосредственно в солнечные элементы без оптимизации между ячейками и модулями, что приводит к увеличению отражения входящего света.
Далее исследователи решили уменьшить потери от фронтального отражения, изменив оптическую конструкцию модуля для лучшего показателя преломления. Переместив пленку фторида магния с верхней части ячейки на верхнюю часть переднего стекла, они добились нужного эффекта, тем самым обеспечив эффективное проникновение света.
«Эта простая оптимизация эффективно обеспечивает наиболее высокую плотность тока связанную с максимальным током, который может быть получен от устройства на основе монолитных тандемных солнечных модулей из перовскита и кремния. Тестовые замеры показали увеличение эффективности преобразования энергии с 25,7% до 26,2%», – отметил Сюй.
В дальнейшем исследовательская группа KAUST намерена изучить, как различные материалы и текстурирование поверхности материала могут еще больше снизить потери тока при передаче от ячеек к модулям.