Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Profesor Anita Ho-Baillie, Ketua Nanosains John Hooke di Universitas Sydney di Australia, memecahkan rekor teknologi surya baru untuk sel surya tandem silikon triple-persimpangan-perovskit-terbesar di dunia.
Mereka 16 cm2sel-persimpangan rangkap tiga memiliki efisiensi konversi daya-status stabil sebesar 23,3% (disertifikasi secara independen), yang merupakan nilai tertinggi yang dilaporkan untuk-perangkat dengan area luas sejenisnya. Timnya juga menciptakan 1 cm2sel dengan efisiensi 27,06%, yang menetapkan standar stabilitas termal baru (lihat video).
Dorongan untuk meningkatkan efisiensi didorong oleh "ruang yang lebih besar untuk efisiensi konversi daya-karena batas efisiensi teoritis untuk persimpangan tiga adalah ~51%, sedangkan untuk persimpangan ganda adalah sekitar 45%," kata Ho-Baillie, yang juga berafiliasi dengan Net Zero Institute di Universitas Sydney. “Persimpangan tunggal adalah 33% jika celah pita sel surya tidak dibatasi, namun hanya 30% untuk silikon.”
Sel surya tandem multijungsi melibatkan penumpukan sel surya dengan celah pita berbeda-dengan yang tertinggi-sisi menghadap matahari-untuk memungkinkan setiap sel mengonversi bagian spektrum matahari menjadi energi listrik dengan lebih efisien dan meminimalkan sub-celah pita dan kehilangan termalisasi.
"Dalam sel-persimpangan dua, misalnya, persimpangan celah pita lebar atas-mengonversi energi foton yang lebih tinggi menjadi energi listrik dan melakukannya dengan lebih efisien dibandingkan sambungan celah pita yang lebih sempit-sehingga mengurangi kehilangan termalisasi," jelas Ho-Baillie. "Foton energi-yang lebih rendah melewati persimpangan celah pita-atas yang lebar dan akan diserap oleh persimpangan celah pita yang lebih sempit di bawah untuk konversi energi listrik. Jika persimpangan bawah tidak ada di sana,-foton energi yang lebih rendah tersebut mengakibatkan hilangnya sub-celah pita nonabsorpsi."
Desain optik
Untuk mengilustrasikan desain optik yang terlibat, dua persimpangan perovskit teratas tim ini saling terhubung secara elektrik melalui nanopartikel emas. "Kami menggunakan pemodelan optik untuk mensimulasikan efek cakupan nanopartikel terhadap kehilangan optik, dan pemodelan listrik untuk mensimulasikan kontak ohmik yang dibuat oleh nanopartikel," jelas Ho-Baillie. “Keseimbangan tercapai ketika jumlah nanopartikel yang cukup hadir untuk meminimalkan kehilangan optik tanpa mengorbankan kinerja listrik.”
Tim Ho-Baillie juga meningkatkan stabilitas dan kinerja persimpangan perovskit dengan celah pita lebar (1,91-eV) dengan "mengganti rubidium dengan metilammonium yang kurang stabil dalam perovskit dan mengganti piperazinium-diklorida (PDCI) dengan litium fluorida yang kurang stabil sebagai lapisan pasif permukaan," katanya.
Ho-Kegigihan Baillie dalam ingin memvisualisasikan emas ultra tipis benar-benar membuahkan hasil. “Perlu ada sejumlah emas yang cukup untuk membentuk cluster agar bisa menjadi film semikontinu,” katanya. "Lebih banyak emas akan memungkinkan film yang berkesinambungan tumbuh. Di bawah jumlah kritis 'cluster', emas akan berbentuk nanopartikel. Yang membuat temuan kami menarik adalah bahwa film-kontinu atau tidak kontinu-tidak diperlukan untuk menghubungkan dua sambungan. Partikel nano, meskipun terisolasi, cukup untuk kontak ohmik di antara sambungan untuk pengangkutan pembawa vertikal-sekaligus meminimalkan kehilangan optik."
Apa arti catatan efisiensi ini bagi lapangan? "Demonstrasi kami memberikan wawasan tentang sifat material yang penting untuk peningkatan efisiensi di masa depan," kata Ho-Baillie. "Analisis kerugian juga memberikan rekomendasi untuk peningkatan efisiensi di masa depan-baik untuk perangkat- dan besar-area. Selanjutnya: persimpangan rangkap tiga sebesar 30%, mendorong menuju 40%."
Pekerjaan tim ini melibatkan mitra dari Tiongkok, Jerman, dan Slovenia, serta mendapat dukungan dari Badan Energi Terbarukan Australia dan Dewan Riset Australia.
