ทีมนักวิจัยที่นำโดยศาสตราจารย์แอนนิตา โฮ-Baillie ประธาน John Hooke แห่งนาโนศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยซิดนีย์ในออสเตรเลีย ได้สร้างสถิติเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ใหม่สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์แบบซิลิคอนแทนเดม-ทางแยกเพอร์รอฟสกีต์-เพอรอฟสกี้{3}}ที่ใหญ่ที่สุดในโลก
ขนาด 16 ซม2เซลล์ทางแยกสาม-มีประสิทธิภาพในการแปลงพลังงาน-สถานะคงที่ที่ 23.3% (ได้รับการรับรองโดยอิสระ) ซึ่งเป็นรายงานที่สูงที่สุดสำหรับอุปกรณ์-พื้นที่ขนาดใหญ่ในประเภทเดียวกัน ทีมงานของเธอยังได้สร้างสรรค์ขนาด 1 ซม2เซลล์ที่มีประสิทธิภาพ 27.06% ซึ่งกำหนดมาตรฐานเสถียรภาพทางความร้อนใหม่ (ดูวิดีโอ)
การผลักดันให้เกิดประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นนั้นได้รับแรงหนุนจาก "ช่องว่างที่มากขึ้นสำหรับประสิทธิภาพในการแปลงพลังงาน-เพราะขีดจำกัดประสิทธิภาพตามทฤษฎีสำหรับทางแยกสามทางคือ ~51% ในขณะที่ทางแยกคู่นั้นอยู่ที่ประมาณ 45%" โฮ-Baillie ซึ่งเป็นหน่วยงานในเครือของ Net Zero Institute ของมหาวิทยาลัยซิดนีย์กล่าว “จุดเชื่อมต่อเดี่ยวจะคิดเป็น 33% ถ้าแถบความถี่ของเซลล์แสงอาทิตย์ไม่ถูกจำกัด แต่จะมีเพียง 30% สำหรับซิลิคอน”
เซลล์แสงอาทิตย์แบบแยกหลายทางเกี่ยวข้องกับการวางแผงเซลล์แสงอาทิตย์โดยมีแถบความถี่ต่างกัน-โดยให้เซลล์สูงที่สุดบนดวงอาทิตย์-ด้านที่หันหน้าเข้าหากัน- เพื่อให้แต่ละเซลล์แปลงส่วนของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และเพื่อลด-แถบความถี่ย่อยและการสูญเสียความร้อน
"ในเซลล์ทางแยกสอง- ตัวอย่างเช่น ทางแยกแบนด์แกปกว้างด้านบน-จะแปลงพลังงานโฟตอนที่สูงขึ้นไปเป็นพลังงานไฟฟ้า และทำหน้าที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าทางแยกแบนด์แกปที่แคบกว่า- ซึ่งจะลดการสูญเสียความร้อน" โฮ-Baillie อธิบาย "โฟตอนพลังงานต่ำ-จะผ่านทางแยกแบนด์แกปที่กว้างบน- และจะถูกดูดกลืนโดยทางแยกแบนด์แกปด้านล่างที่แคบกว่าเพื่อการแปลงพลังงานไฟฟ้า หากไม่มีทางแยกด้านล่าง โฟตอนพลังงานที่ต่ำกว่า-ดังกล่าวจะส่งผลให้เกิดการสูญเสียการดูดซับของแบนด์แกปย่อย-"
การออกแบบแสง
เพื่อแสดงให้เห็นการออกแบบเชิงแสงที่เกี่ยวข้อง ทางแยกเพอร์รอฟสไกต์สองจุดอันดับต้นๆ ของทีมเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าผ่านอนุภาคนาโนทองคำ "เราใช้การสร้างแบบจำลองเชิงแสงเพื่อจำลองผลกระทบของการครอบคลุมของอนุภาคนาโนต่อการสูญเสียการมองเห็น และการสร้างแบบจำลองทางไฟฟ้าเพื่อจำลองการสัมผัสแบบโอห์มมิกที่เกิดจากอนุภาคนาโน" โฮ-Baillie อธิบาย "ความสมดุลจะเกิดขึ้นเมื่อมีอนุภาคนาโนเพียงพอสำหรับการสูญเสียทางแสงขั้นต่ำโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้า"
Ho-ทีมงานของ Baillie ยังปรับปรุงเสถียรภาพและประสิทธิภาพของจุดเชื่อมต่อ perovskite แถบแบนด์กว้าง (1.91-eV) โดยการ "แทนที่รูบิเดียมด้วยเมทิลแอมโมเนียมที่มีความเสถียรน้อยกว่าในเปอร์รอฟสกี้ และแทนที่พิเพอราซิเนียม-ไดคลอไรด์ (PDCI) ด้วยลิเธียมฟลูออไรด์ที่มีความเสถียรน้อยกว่าเป็นชั้นที่ทำให้เกิดการสร้างพื้นผิว" เธอกล่าว
โฮ-ความพากเพียรของ Baillie ที่ต้องการเห็นภาพทองคำบางเฉียบนั้นให้ผลดีจริงๆ “กระจุกดาวจะต้องมีทองคำจำนวนมากจึงจะกลายมาเป็นภาพยนตร์กึ่งต่อเนื่องได้” เธอกล่าว "ทองคำที่เพิ่มมากขึ้นจะทำให้ฟิล์มเติบโตอย่างต่อเนื่อง ต่ำกว่าปริมาณวิกฤตของ 'คลัสเตอร์' ทองคำจะอยู่ในรูปของอนุภาคนาโน สิ่งที่ทำให้การค้นพบของเราน่าสนใจก็คือ ฟิล์ม-ต่อเนื่องหรือไม่ต่อเนื่อง-ไม่จำเป็นในการเชื่อมต่อสองจุดเชื่อมต่อ แม้ว่าจะแยกอนุภาคนาโนออกมาก็เพียงพอสำหรับการสัมผัสแบบโอห์มมิกระหว่างจุดเชื่อมต่อสำหรับการเคลื่อนย้ายพาหะในแนวตั้ง- ในขณะเดียวกันก็ลดการสูญเสียทางแสงให้เหลือน้อยที่สุด"
บันทึกประสิทธิภาพนี้มีความหมายต่อภาคสนามอย่างไร "การสาธิตของเราให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับคุณสมบัติของวัสดุที่สำคัญสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพในอนาคต" Ho-Baillie กล่าว "การวิเคราะห์การสูญเสียยังให้คำแนะนำสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพในอนาคต-ทั้งสำหรับอุปกรณ์ขนาดเล็ก- และพื้นที่ขนาดใหญ่- ขั้นต่อไป: จุดเชื่อมต่อสามจุด 30% มุ่งสู่ 40%"
งานของทีมเกี่ยวข้องกับพันธมิตรจากประเทศจีน เยอรมนี และสโลวีเนีย และได้รับการสนับสนุนจากสำนักงานพลังงานทดแทนแห่งออสเตรเลียและสภาวิจัยแห่งออสเตรเลีย
