Materiaalwetenschappers van de UCLA Samueli School of Engineering hebben een zeer efficiënte dunnefilmzonnecel ontwikkeld die meer energie uit zonlicht genereert dan typische zonnepanelen. dankzij het dubbellaagse ontwerp.

Het apparaat is gemaakt door een dunne laag perovskiet - een goedkope verbinding van lood en jodium waarvan is aangetoond dat het zeer efficiënt is in het opvangen van energie uit zonlicht - op een in de handel verkrijgbare zonnecel te spuiten. De zonnecel die de onderste laag van het apparaat vormt, is gemaakt van een verbinding van koper, indium, gallium en selenide, of CIGS.

De nieuwe cel van het team zet 22,4 procent van de binnenkomende energie van de zon om, een record in energieconversie-efficiëntie voor een perovskiet-CIGS tandemzonnecel. De prestaties werden bevestigd in onafhankelijke tests van het National Renewable Energy Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie. (Het vorige record, in 2015 vastgesteld door een groep in het Thomas J. Watson Research Center van IBM, was 10,9 procent.) Het rendement van het UCLA-apparaat is vergelijkbaar met dat van de polysilicium-zonnecellen die momenteel de fotovoltaïsche markt domineren.

Het onderzoek, die vandaag werd gepubliceerd in Wetenschap , werd geleid door Yang Yang, Carol en Lawrence E. Tannas Jr. van de UCLA, hoogleraar materiaalkunde.

"Met ons tandem-zonnecelontwerp, we halen energie uit twee verschillende delen van het zonnespectrum over hetzelfde apparaatgebied, " Yang zei. "Dit verhoogt de hoeveelheid energie die wordt gegenereerd uit zonlicht in vergelijking met alleen de CIGS-laag."

Yang voegde eraan toe dat de techniek van het sproeien op een laag perovskiet gemakkelijk en goedkoop kan worden opgenomen in bestaande productieprocessen voor zonnecellen.

De CIGS-basislaag van de cel, die ongeveer 2 micron (of tweeduizendste millimeter) dik is, absorbeert zonlicht en genereert zelf energie met een efficiëntie van 18,7 procent, maar het toevoegen van de 1 micron dikke perovskietlaag verbetert de efficiëntie - net zoals het toevoegen van een turbocompressor aan een automotor de prestaties kan verbeteren. De twee lagen zijn verbonden door een interface op nanoschaal die de UCLA-onderzoekers hebben ontworpen; de interface helpt het apparaat een hogere spanning te geven, waardoor de hoeveelheid stroom die het kan exporteren toeneemt.

En de hele assemblage zit op een glazen substraat dat ongeveer 2 millimeter dik is.

"Onze technologie verbeterde de bestaande prestaties van CIGS-zonnecellen met bijna 20 procent ten opzichte van de oorspronkelijke prestaties, " Yang zei. "Dat betekent een verlaging van 20 procent van de energiekosten."

Hij voegde eraan toe dat apparaten die het tweelaagse ontwerp gebruiken, uiteindelijk 30 procent stroomconversie-efficiëntie kunnen bereiken. Dat wordt het volgende doel van de onderzoeksgroep.