Onderzoekers van de Universiteit van Rome Tor Vergata, het Italiaanse Instituut voor Technologie (IIT) en zijn spin-off, Grafeen Flagship Associate Member BeDimensional, hebben in samenwerking met ENEA met succes grafeen gecombineerd met tandem perovskiet-silicium zonnecellen om efficiënties tot 26,3% te bereiken.

Bovendien, ze hadden een nieuwe productiemethode voor ogen die, dankzij de veelzijdigheid van grafeen, maakt het mogelijk om de productiekosten te verlagen en kan leiden tot de productie van zonnepanelen voor grote oppervlakten. Op grafeen gebaseerde tandemzonnecellen verdubbelen bijna de efficiëntie van puur silicium.

Natuurkundige wetten beperken het maximale rendement van silicium zonnecellen tot 32%. Om die reden, wetenschappers hebben tientallen jaren geprobeerd om met andere alternatieven te komen, zoals III-V en perovskieten. Echter, de laatste bieden verschillende productie-uitdagingen, en het opschalen van de productie van zonnepanelen is een belangrijke stap naar succes. Met 'tandemcellen, " Wetenschappers hadden eerder de voordelen van zowel silicium als perovskieten gecombineerd, maar stabiliteit, efficiëntie en grootschalige productie leek nog een verre droom.

Maar toen kwam grafeen in het spel - en het zou een game-wisselaar kunnen zijn. Graphene Flagship-onderzoekers hebben het potentieel voor het oogsten van energie geïdentificeerd, en hebben in feite twee verschillende industriegerichte "Speerpuntprojecten" gewijd aan het onderzoeken van de mogelijkheden van op grafeen gebaseerde zonnecellen.

Dit nieuwe artikel gepubliceerd in Joule , getiteld "Mechanisch gestapeld, twee-terminale op grafeen gebaseerde perovskiet/silicium tandem zonnecel met 25,9% gestabiliseerde efficiëntie, " is het zoveelste bewijs dat grafeen en verwante gelaagde materialen de commercialisering van efficiëntere en kosteneffectievere zonnepanelen met groot oppervlak mogelijk zullen maken.

Aldo di Carlo, hoofdauteur en onderzoeker in Graphene Vlaggenschippartner Universiteit van Rome Tor Vergata, legt uit:"Onze nieuwe benadering om tandemzonnecellen met grafeen te produceren, biedt een dubbel voordeel. Ten eerste, het kan worden toegepast om alle verschillende soorten perovskiet-zonnecellen die momenteel beschikbaar zijn, te verbeteren, inclusief die welke bij hoge temperaturen zijn verwerkt. Maar belangrijker, we kunnen ons grafeen opnemen met behulp van de wijdverbreide 'solution manufacturing-methoden, " sleutel om onze technologieën verder industrieel in te zetten en grootschalige, grafeen-compatibele zonnepanelen."

Francesco Bonaccorso, co-auteur, mede-oprichter van Graphene Flagship spin-off BeDimensional, zegt:"Deze innovatieve benadering die wordt voorgesteld in de context van het Graphene Flagship is de eerste stap in de richting van de ontwikkeling van tandem-zonnecellen die een efficiëntie leveren die hoger is dan de limiet van siliciumapparaten met één verbinding. Gelaagde materialen zullen cruciaal zijn om dit doel te bereiken."

Emmanuel Kymakis, Grafeen vlaggenschip energieopwekking werkpakketleider, zegt:"Er zijn enkele compatibiliteitsproblemen die moeten worden aangepakt voordat het concept van perovskiet-Si tandem PV's volledig kan worden benut. Dit baanbrekende werk toont aan dat de integratie van GRM's-inkten met on-demand morfologie en afstembare opto-elektronische eigenschappen in een tandemstructuur, kan leiden tot industriële productie met een hoge doorvoer. Grafeen en aanverwante materialen verbeteren de prestaties, stabiliteit en schaalbaarheid van deze apparaten. De gestapelde silicium-perovskiet-configuratie zal de basis vormen van het nieuwe Graphene Flagship Spearhead Project GRAPES, waarin een proeflijnfabricage van op grafeen gebaseerde perovskiet-silicium tandem zonnecellen zal plaatsvinden, de weg vrijmaken voor het doorbreken van de efficiëntiegrens van 30% en een significante verlaging van de Levelized Cost of Energy."

Andrea C. Ferrari, Science and Technology Officer van het Graphene Flagship en voorzitter van het managementpanel, voegt toe:"De toepassing van grafeen en aanverwante materialen voor de opwekking van zonne-energie werd erkend als een strategische prioriteit sinds de start van het Graphene Flagship. Dit jaar wordt het eerste op grafeen gebaseerde zonnepark opgezet. Deze nieuwe resultaten ondersteunen onze inspanningen voor de na drie jaar om panelen te produceren die de stand van de techniek definiëren. Dit laat ook zien hoe het werk van het Graphene Flagship sterk aansluit bij de Sustainable Development Goals van de VN.