خلايا شمسية متعددة البروفسكايت/سيليكون تصل كفاءتها العملية إلى 39.5٪

Image Source: Perovskite-info

وقال مؤلف البحث المشارك، عثمان الرازي، يمكن أن تكون كفاءة 39.5٪ التي تم حسابها للخلايا الشمسية المتعددة البروفسكايت/سيليكون في ظل ظروف  قياسية (STC) بمثابة مدخل لدراسات البحث والتطوير المستقبلية المطلوبة لفهم أفضل للنظام الكامل قبل التصنيع التجاري لتكنولوجيا الخلايا الشمسية المتعددة الواعدة.

ومن جانبه، قال المؤلف المشارك كريستوف ميسمر، في هذا العمل، قمنا بتحليل شامل لخلية شمسية متعددة البروفسكايت/سيليكون ذات نسيج كامل لتحديد خسائر الأداء. من خلال تنفيذ خصائص الجهاز المستخرجة في نموذج محاكاة Sentaurus TCAD، حصلنا على إعادة إنتاج للخصائص البصرية والكهربائية للجهاز التجريبي. بعد ذلك، من خلال تخفيف قيود الخسائر خطوة بخطوة، حدد نموذج المحاكاة تأثير خسارة كل قناة على الكفاءة.

Sentaurus CAD هو جهاز محاكاة متعدد الأبعاد قادر على محاكاة الخصائص الكهربائية و الحرارية والبصرية للأجهزة القائمة على السيليكون. كما يُستخدم أيضًا لمحاكاة الخصائص البصرية الإلكترونية لأجهزة أشباه الموصلات مثل مستشعرات الصور وخلايا الطاقة الشمسية.

في دراسة بعنوان “تحليل الخسائر في الخلايا الشمسية متعددة البروفسكايت/سيليكون ذات نسيج كامل، طرق التحليل والمحاكاة نحو الكفاءة العملية”، نُشرت في مجلة RRL Solar، قال فريق البحث إنه حقق في نقص الجهد والتيار وعامل التعبئة في خلية شمسية متعددة البروفسكايت/سيليكون ذات نسيج كامل تستند إلى طبقة إعادة تجميع أكسيد إنديوم القصدير (ITO) بسمك 20 نانومتر موضوعة بين الخلايا العلوية والسفلية.

وتعتمد الخلية الفرعية على امتصاص بروفسكايت بسمك 630 نانومتر مع فجوة نطاق طاقة تبلغ 1.67 إلكترون فولت، وطبقة كاربازول (2PACz)، وطبقة عازلة رقيقة من أكسيد القصدير (SnOx) بسمك 20 نانومتر، وطبقة نقل إلكتروني (ETL) تستند إلى الباكمنستر فوليرين (C60)، وطبقة نافذة ITO، ولامسة معدنية من الفضة (Ag)، وطلاء مضاد للانعكاس يعتمد على فلوريد المغنيسيوم (MgF2).

وقال الباحثون، تقدم الخلية الشمسية المتعددة البروفسكايت/سيليكون ذات النسيج الكامل كفاءة مستقرة تبلغ 26.7٪ عند التشغيل بجهد ثابت قريب من نقطة أقصى طاقة.

أجرى العلماء تحليل شامل للخسائر على جهاز الترادف مع مراعاة المقاومة التسلسلية العالية، وعدم التوافق الحالي في الخلايا الفرعية، وفقدان إعادة التركيب غير الإشعاعي العالي، وانحراف النطاق عند واجهة الامتصاص البروفسكايت و ETL.

حيث حددوا أهم آليات الخسارة عند واجهة البروفسكايت/C60 (-4.6٪)، وفي المقاومة التسلسلية (-2.9٪)، وفي إدارة الضوء (-2.1٪). و أوضحوا، من خلال تقليل أصول هذه الخسائر خطوة بخطوة، حسبنا تحسينات الكفاءة عن طريق تخفيف قنوات الخسارة المميزة، وصولاً في النهاية إلى كفاءة عملية تبلغ 39.5٪ لهذه الخلية.

وأشار الباحثون أيضًا إلى أنه لا يمكن تجاوز رقم 39.5٪ للكفاءة إلا بتغيير بنية الخلية، وهو ما قد يتمثل في استبدال مادة “C60” بطبقة نقل إلكتروني أكثر شفافية وإيجاد بدائل أكثر شفافية لطبقات أكسيد إنديوم القصدير (ITO). وأكدوا على الرغم من أن هذا التحليل يُظهر سيناريو مثاليًا إلى حدٍ كبير عند حل قيود الجهاز، إلا أنه لا يزال مفيدًا لتقييم “التعزيز المثالي” للكفاءة لكل عامل محدد.

المصدر: Loss Analysis of Fully-Textured Perovskite Silicon Tandem Solar Cells: Characterization Methods and Simulation toward the Practical Efficiency Potential