Celle solari alla perovskite a doppia faccia, il prossimo sbocco per gli investimenti?

In quanto rappresentanti della terza generazione di batterie a film sottile non al silicio, le batterie alla perovskite hanno attirato molta attenzione sin dalla loro nascita. I produttori fotovoltaici, i mercati dei capitali e i gruppi di ricerca e sviluppo nutrono tutti grandi aspettative per le celle solari alla perovskite.

Rispetto alle comuni celle solari in silicio cristallino presenti sul mercato, le celle solari in perovskite hanno più di 10 volte la capacità di assorbimento della luce del silicio cristallino e l'efficienza di conversione è in costante miglioramento. Sono anche relativamente leggeri e sottili, con scenari applicativi ricchi e costi di produzione dei materiali relativamente bassi. Lo svantaggio è che la stabilità è relativamente scarsa e la durata è relativamente breve.

Tuttavia, le innovazioni tecnologiche e i miglioramenti relativi alla perovskite sono costantemente in voga. Alcuni si concentrano sulla miscelazione di perovskite e silicio cristallino per formare energia solare impilata. Ci sono anche gruppi di ricerca che hanno sviluppato celle di perovskite a doppia faccia per migliorare l'efficienza.

Pochi giorni fa, un gruppo di ricerca presso il National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha affermato che le celle solari a doppia faccia in perovskite di recente sviluppo hanno raggiunto una efficienza del 91% -93%.

Secondo lo studio sperimentale, le celle di perovskite a doppia faccia hanno il potenziale di produrre il 20% in più di elettricità rispetto alle celle di perovskite a singola faccia.

Lo studio, intitolato “Celle solari alla perovskite bifacciali a giunzione singola ad alta efficienza”, è stato pubblicato sulla rivista Joule.

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La ricezione della luce riflessa sul retro è vicina all'efficienza della parte anteriore

La cosiddetta cella solare in perovskite a doppia faccia, come suggerisce il nome, significa che entrambi i lati possono catturare la luce solare per generare elettricità, e la luce solare catturata sul retro proviene principalmente dalla luce riflessa sotto il modulo.

L’efficienza sarà notevolmente ridotta assorbendo la luce riflessa?

L'efficienza delle celle solari unilaterali ha raggiunto il livello record del 26%. Questa volta, NREL ha affermato che l'efficienza del lato opposto è pari al 91-93% di quella del lato anteriore e che l'efficienza del lato opposto può raggiungere circa il 24%. L'effetto è comunque molto buono.

I ricercatori affermano di aver progettato una cella solare in perovskite a doppia faccia con uno spessore modificato che raggiunge efficienze molto vicine sotto illuminazione su entrambi i lati. Hanno utilizzato simulazioni ottiche ed elettriche per determinare lo spessore necessario per la batteria.

Per assorbire la maggior parte dei fotoni in alcune parti dello spettro solare, lo strato di perovskite sul lato anteriore della cella solare bifacciale deve essere abbastanza spesso, ma non così spesso da bloccare i fotoni. Il team ha inoltre determinato lo spessore ideale dell'elettrodo posteriore per ridurre al minimo le perdite resistive.

Guidato dai valori simulati, il gruppo di ricerca ha progettato cellule bifacciali con uno spessore preciso di 850 nanometri. È molto inferiore allo spessore dei capelli umani, che è spesso circa 70,000 nanometri.

I ricercatori hanno posizionato la cella tra due simulatori solari per valutare l'efficienza raggiunta dall'illuminazione su entrambi i lati. La luce diretta è diretta frontalmente, mentre la parte posteriore riceve la luce riflessa. L'efficienza delle celle di perovskite aumenta all'aumentare del rapporto tra luce riflessa e luce illuminata frontalmente.

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Le perovskiti a doppia faccia sono più economiche

NREL afferma che l'obiettivo per le celle di perovskite bifacciali è raggiungere efficienze sul lato anteriore alla pari con le efficienze su un solo lato, che sono state pubblicate per una varietà di celle commerciali, come il 28,6% per Oxford PV, mentre le efficienze sul lato posteriore sono molto vicine a questi livelli. Nelle celle di prova, l'efficienza di conversione sul lato anteriore era del 23% e l'efficienza di conversione sul lato posteriore era pari al 91-93% dell'efficienza sul lato anteriore.

"Questa cellula di perovskite può funzionare in modo molto efficiente su entrambi i lati", ha affermato Kai Zhu, uno scienziato senior presso il Centro di chimica e nanoscienza del NREL.

Ha aggiunto che, sebbene il costo di produzione sia superiore a quello delle celle a lato singolo, nel lungo periodo, la generazione di energia delle perovskiti a doppia faccia può essere superiore del 10-20% rispetto a quella delle celle a lato singolo, dimostrando che il doppio le perovskiti a due lati sono più economiche.

La ricerca NREL, finanziata dall'Ufficio per le tecnologie dell'energia solare del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, è attualmente in fase ipotetica.

Attualmente, le cellule di perovskite a lato singolo non sono ancora prodotte in serie, per non parlare delle cellule bifacciali. L’industria ritiene che le perovskiti possano entrare nel mercato del solare fotovoltaico, a cominciare dai tetti e dai progetti su piccola scala. In questi progetti, l’elevata efficienza è più critica del costo di installazione e ciò richiede in primo luogo l’innovazione della tecnologia miofasciale. In questo momento, questa è una delle maggiori preoccupazioni per coloro che desiderano portare questa tecnologia sul mercato.

Tuttavia, l’energia solare a doppia faccia è una direzione che la comunità di ricerca scientifica esplora costantemente.

In precedenza, il Centro olandese di ricerca energetica (ECN) aveva annunciato di aver sviluppato con successo una cella solare in perovskite tandem a doppia faccia con un'efficienza fino al 30,2%, ovvero un terzo superiore all'efficienza delle celle solari convenzionali (circa il 20%). -22 per cento).

La cella adotta la tecnologia a film sottile di perovskite, la tecnologia del silicio cristallino e la tecnologia del silicio a doppia faccia. Oltre ad assorbire la luce solare sul lato anteriore per generare elettricità, il lato posteriore può anche ricevere luce diffusa e riflessa dall'ambiente per generare elettricità. Pertanto, ha un’efficienza di generazione di energia complessiva più elevata. Ha superato con successo il limite delle celle solari a lato singolo e ha raggiunto un'elevata efficienza di conversione fotoelettrica del 30,2%.

In Cina esistono già casi di utilizzo dell’energia solare al silicio cristallino bifacciale. Il progetto fotovoltaico "complementare sale-solare" di Huadian Tianjin Haijing da 1 milione di kilowatt utilizza energia solare bilaterale. La centrale elettrica "complementare alla luce salata" ha aggiunto un design di generazione di energia a doppia faccia. Non solo il lato superiore del pannello fotovoltaico può convertire direttamente l'energia elettrica, ma il retro può anche assorbire la luce solare riflessa dalla superficie dell'acqua, il che può aumentare l'efficienza di generazione di energia della centrale fotovoltaica del 5% -7% .