Daha Yüksek Performans için Eşleştirilmiş İkisi Bir Arada İnce Film Fotovoltaik Modül

ZSW, yüzde 21'den fazla verimliliğe sahip bir tandem güneş modülü oluşturmak için perovskite ile CIGS'yi (Bakır İndiyum Galyum Selenit) birleştiriyor.
Yüksek verimli, uygun fiyatlı güneş panelleri, fotovoltaik (PV) sistemlerin kullanımının yaygınlaşmasını ve daha fazla güneş enerjisi üretmemizi sağlıyor. Gelecek vaat eden bir yeni nesil teknoloji, tandem modül olarak adlandırılıyor. İki sandviç güneş modülünden yapılmış olup, geleneksel panellerden daha fazla elektrik enerjisi sağlıyor. Baden-Württemberg Güneş Enerjisi ve Hidrojen Araştırmaları Merkezi (ZSW), bu teknolojiyle şimdi yüzde 21,1 verimlilik elde etti. Bu ince film tabanlı modüller yalnızca son derece verimli olmakla kalmaz, aynı zamanda hafif ve esnektir. Hafif, bükülebilir malzemelerden yapılmış modüller, güneş parklarında bulunan standart katı modüllerin uygun olmadığı birçok kullanım için elverişlidir.

Onlarca yıl süren titiz araştırmalardan sonra, silikon hücrelerin verimliliği, yaklaşık yüzde 27'lik pratik sınıra hızla yaklaşıyor. Halihazırda, yüzde 30'un üzerine çıkmayı vaat eden tek bir teknoloji var: Tandem güneş modülü. Üst üste dizilmiş farklı malzemelerden yapılmış güneş pillerinden oluşur. Farklı aktif katmanlar, güneş spektrumunun genişliğinden ortaklaşa olarak, her bir güneş pilinin kendi başına yaptığından daha iyi yararlanarak, verimliliği artırmak için birlikte çalışır.
Bir grup malzeme; metal-organik perovskitler, tandem güneş modülleri için büyük umut vaat ediyor. ZSW'nin Fotovoltaik Malzeme Araştırma Departmanı Başkanı Dr. Jan-Philipp Becker; "Bu malzeme sınıfındaki bazı bileşikler, mükemmel optik ve elektronik özellikler sergiler ve dünyada bol ve ucuz bir şekilde bulunur. Yüksek optik enerji bant aralığı ile en üstteki güneş modülündeki bileşikler, güneş spektrumunun yüksek enerji aralığını çok verimli bir şekilde kullanabiliyor. Aynı zamanda, spektrumun düşük enerji aralığının önemli bir bölümünün alttaki güneş modülüne geçmesine izin veriyor" diyor.
Güneş spektrumuna mükemmel uyum
Geleneksel silikon PV hücreleri, alt güneş modülü için iyi bir seçim gibi görünmektedir. Bununla birlikte, daha da ilginç bir öneri, yalnızca ince film teknolojilerini kullanmaktır. Alt modül, ZSW'nin modülünde olduğu gibi perovskit veya CIGS'den de yapılabilir. CIGS, selenyum atmosferinde sert veya esnek bir alt tabaka üzerine bakır, indiyum ve galyum buharıyla biriktirilen malzemelerin bir karışımıdır. Enstitünün uzmanları ve endüstri ortakları bu teknolojiyi geliştirmiş ve daha önceki projelerde seri üretim için hızlandırmıştı. CIGS'nin spektral absorpsiyonu, tandem kompozit için mükemmel bir uyum sağlayacak şekilde uyarlanabilir.
ZSW'nin tandem güneş modülü dokuz santimetre karelik bir alana sahip ve yüzde 21,1 verimlilik sağlıyor. Bu prototip ayrıca endüstriyel üretime uygun ölçeklenebilir bileşen mimarisine sahiptir. Perovskit ve CIGS'den yapılmış tandem güneş modülleri ile bugüne kadar elde edilen en iyi performans, yüzde 22 ile biraz daha yüksektir. ZSW, daha küçük laboratuvar hücrelerinde bu malzeme kombinasyonu ile yüzde 26,6'lık mükemmel bir verimlilik seviyesine ulaşmış durumda.
Başarı için birkaç adım
Bu olağanüstü değerlere ulaşmak için birden fazla teknik geliştirme aşaması gerekmiştir. İlk olarak, araştırmacılar alt modülleri optimize etti. En üstteki perovskite yarım modülün yalnızca yüksek verimli olması gerekmez; ayrıca alt modüle yeterli ışığın geçmesine izin vermek için yarı saydam olmalıdır. Bu amaçla, daha şeffaf elektrotlar geliştirmek ve sınır katmanlarının pasifleştirilmesini artırmak da dahil olmak üzere çeşitli iyileştirmeler yaptılar.
Hazırlanan tüm hücrelerde ve modüllerde bir bütün olarak tandem yapı, verimlilik açısından tek tek hücrelerden veya modüllerden daha iyi performans gösterdi. Bu, tandem güneş modüllerinin üstünlüğünü açıkça göstermektedir. ZSW şimdi, ilgilenen endüstri müşterileriyle ortak bir çaba içinde tandem ince film teknolojisini daha da büyütmeyi ve geliştirmeyi hedefliyor.
Tandem güneş modülleri: Verimli, hafif ve esnek
Perovskit ile CIGS'yi eşleştiren tandem güneş pilleri, yüksek verimliliğin ötesinde faydalar sunar. Bu ince film teknolojisi, daha birçok kullanım durumuna uygun hafif, esnek modüller yapmak için plastik veya çelik filmlere de yerleştirilebilir. Güneş parklarında geleneksel şekilde kurulabilir, araçlara ve ağır yükleri kaldıramayan fabrika çatılarına sorunsuz bir şekilde entegre edilebilir.
Son çalışmalar daha da fazla faydaya işaret ediyor: Birincisi, ince film PV modülleriyle güç üretmenin maliyeti daha düşük. Öte yandan, PV üretimi daha iyi bir çevresel ayak izi bırakmak için daha az malzeme ve enerji tüketir.
ZSW, Alman Federal Ekonomik İşler ve İklim Eylemi Bakanlığı (BMWK) tarafından finanse edilen yakın zamanda tamamlanan CAPITANO projesinin bir parçası olan bu araştırma girişiminde Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü (KIT) ile ortaklık kurdu.