Örökös verseny folyik a leghatékonyabb napelemekért folytatott küzdelemben. A berlini kutatócsoportok ismét élen járnak a CIGS-Pero tandem napelemek terén.

Berlini kutatók 24,6%-os hatásfokot értek el egy új, CIGS és perovszkit tandem napelemmel, amellyel megdöntötték a korábbi világrekordot. A fejlesztés a HZB (Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, Berlini Helmholtz Anyag- és Energiaközpont) és a berlini Humboldt Egyetem együttműködésében valósult meg; a Fraunhofer ISE tanúsította.

Miért tandem napelemek?

A napelemek az energiaátalakítás központi elemei. Az úgynevezett tandem napelemek egyre fontosabb szerepet játszanak. Két különböző félvezető anyagot kombinálnak, hogy a napfényből származó energiát maximálisan ki lehessen használni. Míg a hagyományos szilíciumcellák hatásfoka korlátozott, a tandemcellák a különböző abszorberrétegeknek köszönhetően nagyobb mértékben hasznosítják a napfényt. Az új, rekordot jelentő cella egy CIGS alsó cellát kombinál egy perovszkit felső cellával, így különösen magas hatásfok érhető el.

Erőforrás-takarékos és nagy teljesítményű

A vékonyrétegű napelemek különösen erőforrás-takarékosnak számítanak, mivel előállításukhoz kevés anyag és energia szükséges. A széles körben használt szilíciumcellák mellett léteznek réz, indium, gallium és szelén (CIGS) alapú alternatívák is. Ezek az anyagok rugalmas hordozókra alkalmazhatók ostyavékony rétegekben, ami innovatív alkalmazásokat tesz lehetővé. Különös előnye, hogy a CIGS-cellák már kereskedelmi forgalomban beváltak, és ezért könnyen kombinálhatók olyan új technológiákkal, mint a perovszkitok. A berlini kutatók ezt a bevált CIGS-technológiát egy perovszkit felső cellával kombinálták, és kifejezetten javították a kettő közötti kontaktrétegeket. Ez az optimalizálás 24,6%-ra növelte a hatásfokot, ami új rekordot jelent ebben az anyagkombinációban.

Sikeres együttműködés

A rekordot jelentő cella előállítása különböző szakértők sikeres együttműködésének eredménye volt. A perovszkit abszorberréteget a HZB és a Humboldt-Universität zu Berlin közös laboratóriumában fejlesztették ki. Guillermo Farias Basulto, a HZB kutatója volt felelős a CIGS alcella és a kulcsfontosságú kontaktrétegek előállításáért. Ehhez a legkorszerűbb KOALA klaszterrendszert használta, amely lehetővé teszi a perovszkitok és a kontaktrétegek vákuumban történő bevonását a HZB-ben. Ez a rendszertechnológia lehetővé teszi a rétegvastagságok és az anyagtulajdonságok pontos szabályozását, ami kulcsfontosságú a cella teljesítménye szempontjából.

A rekordot jelentő cellához fiatal tudósok is hozzájárultak: a felső perovszkitcellát a TU Berlin mesterszakos hallgatója, Thede Mehlhop fejlesztette ki, akit Stefan Gall felügyelt. A diákok és a tapasztalt kutatók közötti szoros együttműködés jól mutatja, hogy a tudományos áttörések szempontjából mennyire fontos az interdiszciplináris együttműködés.

Berlin ismételt csúcsteljesítménye

A HZB korábban már több világrekordot is felállított a tandem napelemek terén. A szilícium-perovszkit kombinációk eddig különösen sikeresek voltak, de az új CIGS-perovszkit-cella is bizonyítja, hogy milyen hatalmas lehetőségek rejlenek ebben a technológiában. Prof. Rutger Schlatmann, a HZB napenergia tanszékének szóvivője hangsúlyozza: „A HZB-nél magasan specializált laboratóriumokkal és szakértőkkel rendelkezünk, akik a maguk területén a legjobbak. Ezzel a világrekordot jelentő tandemcellával ismét bebizonyították, hogy mennyire értékes az együttműködésük.”

A kutatók bíznak abban, hogy a CIGS-perovszkit tandemcellák hatékonysága tovább növelhető. Schlatmann professzor kifejtette: „Biztosak vagyunk abban, hogy a CIGS-perovszkit tandemcellák sokkal magasabb, valószínűleg akár 30% feletti hatásfokot is elérhetnek”.

Forrás: https://www.ingenieur.de/technik/fachbereiche/energie/berliner-forscher-knacken-erneut-den-weltrekord-bei-tandemsolarzellen/#google_vignette