Een zonnecelmodule die cel-naar-module verliezen vermindert, is ontwikkeld door KAUST-onderzoekers na een heroverweging van het optische ontwerp van de module en hoe deze moet worden gestapeld.

Onderzoekslaboratoria over de hele wereld werken voortdurend aan het verbeteren van de efficiëntie van zonnecellen. Maar het gebruik van deze apparaten in de echte wereld is een extra uitdaging. Zonnecellen moeten bijvoorbeeld worden ingebouwd in modules die de gevoelige materialen kunnen beschermen tegen ruwe omgevingen. Deze modules kunnen de efficiëntie van de stroomconversie verminderen, waardoor de prestatiewinst die zo ijverig in het laboratorium is behaald, verloren gaat.

Lujia Xu, Stefaan De Wolf en hun KAUST-collega's hebben een efficiëntere zonnecelmodule gebouwd met een verbeterd optisch ontwerp. De zonnecellen die door het team werden gebruikt, waren gemaakt van een combinatie van twee lichtabsorberende halfgeleiders:de ene silicium en de andere gemaakt van een perovskiet-materiaal. Silicium is nu een goed ingeburgerd materiaal bij de fabricage van zonnecellen. En hoewel perovskieten een opkomend materiaal zijn, is al aangetoond dat het toevoegen van een dunne laag bovenop het silicium de prestaties verbetert met een acceptabele stijging van de kosten.

Deze zogenaamde perovskiet-silicium tandem-zonnecellen hebben eerder een efficiëntie van wel 30% laten zien bij de conversie van optisch naar elektrisch vermogen. En theoretische modellering heeft aangegeven dat het tot 45% kan oplopen. Maar toen het KAUST-team hun tandemzonnecellen in een module plaatste, ontdekten ze dat de efficiëntie daalde van 28,9% naar 25,7%. Hun module is gemaakt door de zonnecellen tussen twee glasplaten te klemmen, met de binnenkant gevuld met thermoplastisch polyurethaan om de zonnecellen in te kapselen.

Het team gelooft dat de vermindering van de efficiëntie te wijten is aan een mismatch van de brekingsindex na de introductie van glas en het polyurethaan rechtstreeks op zonnecellen zonder cel-naar-module optimalisatie, wat resulteert in een verhoogde reflectie van het inkomende licht. En dus besloot het team dit verlies aan frontreflectie te verminderen door een optisch herontwerp van de module door middel van brekingsindex-engineering.

Door een film van magnesiumfluoride van de bovenkant van de cel naar de bovenkant van het voorglas te verplaatsen, verminderden ze de mismatch in de brekingsindex, waardoor een efficiënte lichtinkoppeling werd bereikt.

"Deze eenvoudige optimalisatie maakt effectief de hoogste kortsluitstroomdichtheid mogelijk - gerelateerd aan de maximale stroom die uit het apparaat kan worden getrokken - die in de literatuur wordt vermeld voor monolithische perovskiet/silicium tandem-zonnemodules, wat resulteert in een efficiëntieverhoging van de stroomconversie van 25,7 % tot 26,2%", zegt Xu. "We hopen nu te onderzoeken hoe verschillende materialen en textuur van het materiaaloppervlak de stroomverliezen van cellen naar modules nog verder kunnen verminderen."

De studie is gepubliceerd in ACS Energy Letters . + Verder verkennen

Het toevoegen van nog een laag metaalfluoride kan de prestaties van zonnecellen verbeteren