เซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite สองด้าน แหล่งลงทุนแห่งถัดไป?
Jul 26, 2023
ในฐานะตัวแทนของแบตเตอรี่ฟิล์มบางที่ไม่ใช่ซิลิคอนรุ่นที่สาม แบตเตอรี่ perovskite ได้รับความสนใจอย่างมากตั้งแต่แรกเกิด ผู้ผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ตลาดทุน และกลุ่ม R&D ต่างคาดหวังอย่างมากต่อเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์
เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกซิลิคอนทั่วไปในท้องตลาด เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์มีความสามารถในการดูดซับแสงมากกว่าผลึกซิลิคอนมากกว่า 10 เท่า และประสิทธิภาพการแปลงก็ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ ยังค่อนข้างเบาและบาง ด้วยรูปแบบการใช้งานที่หลากหลายและต้นทุนการผลิตวัสดุที่ค่อนข้างต่ำ ข้อเสียคือความเสถียรค่อนข้างต่ำและอายุการใช้งานค่อนข้างสั้น
อย่างไรก็ตาม นวัตกรรมทางเทคโนโลยีและการปรับปรุงรอบ ๆ perovskite มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง บางส่วนมุ่งเน้นไปที่การผสมเพอร์รอฟสไกต์และผลึกซิลิคอนเพื่อสร้างพลังงานแสงอาทิตย์แบบเรียงซ้อน นอกจากนี้ยังมีทีมวิจัยที่ได้พัฒนาเซลล์เพอร์รอฟสไกต์แบบสองด้านเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ
เมื่อไม่กี่วันก่อน ทีมวิจัยจากห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ (NREL) ของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ อ้างว่าเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์แบบสองด้านที่พัฒนาขึ้นใหม่ของพวกเขาบรรลุผลสำเร็จถึง 91 เปอร์เซ็นต์ -93 เปอร์เซ็นต์
จากการศึกษาเชิงทดลอง เซลล์เพอร์รอฟสไกต์แบบสองด้านมีศักยภาพในการผลิตไฟฟ้าได้มากกว่าเซลล์เพอร์รอฟสไกต์แบบด้านเดียวถึง 20 เปอร์เซ็นต์
การศึกษาเรื่อง "เซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite แบบแยกเดี่ยวแบบสองหน้าประสิทธิภาพสูง" ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Joule
01
การรับแสงสะท้อนด้านหลังใกล้เคียงกับประสิทธิภาพด้านหน้า
ตามที่ชื่อเรียกว่า เซลล์แสงอาทิตย์เพอร์รอฟสไกต์สองด้าน หมายความว่าทั้งสองฝ่ายสามารถจับแสงแดดเพื่อผลิตไฟฟ้าได้ และแสงแดดที่จับที่ด้านหลังส่วนใหญ่มาจากแสงสะท้อนด้านล่างโมดูล
ประสิทธิภาพจะลดลงอย่างมากจากการดูดซับแสงสะท้อนหรือไม่?
ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ด้านเดียวทำสถิติสูงสุดที่ 26 เปอร์เซ็นต์ ครั้งนี้ NREL อ้างว่าประสิทธิภาพของด้านหลังคือ 91-93 เปอร์เซ็นต์ของด้านหน้า และประสิทธิภาพของด้านหลังสามารถเข้าถึงได้ประมาณ 24 เปอร์เซ็นต์ ผลยังคงดีมาก
นักวิจัยกล่าวว่าพวกเขาได้ออกแบบเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์สองด้านที่มีความหนาที่ปรับเปลี่ยนซึ่งให้ประสิทธิภาพที่ใกล้เคียงมากภายใต้การส่องสว่างสองด้าน พวกเขาใช้การจำลองด้วยแสงและไฟฟ้าเพื่อกำหนดความหนาที่จำเป็นสำหรับแบตเตอรี่
ในการดูดซับโฟตอนส่วนใหญ่ในบางส่วนของสเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์ ชั้นเพอร์รอฟสไกต์ที่ด้านหน้าของเซลล์แสงอาทิตย์แบบสองหน้าจะต้องมีความหนาเพียงพอ แต่ไม่หนาจนปิดกั้นโฟตอน ทีมงานยังได้กำหนดความหนาในอุดมคติของอิเล็กโทรดด้านหลังเพื่อลดการสูญเสียความต้านทาน
ทีมวิจัยได้ออกแบบเซลล์สองหน้าด้วยค่าที่จำลองขึ้นโดยมีความหนาที่แม่นยำถึง 850 นาโนเมตร ซึ่งน้อยกว่าความหนาของเส้นผมมนุษย์อย่างมาก ซึ่งหนาประมาณ 70,000 นาโนเมตร
นักวิจัยวางเซลล์ไว้ระหว่างเครื่องจำลองพลังงานแสงอาทิตย์สองตัวเพื่อประเมินประสิทธิภาพที่ได้จากการส่องสว่างสองด้าน แสงตรงมุ่งเป้าไปที่ด้านหน้า ในขณะที่ด้านหลังได้รับแสงสะท้อน ประสิทธิภาพของเซลล์เพอร์รอฟสไกต์จะเพิ่มขึ้นเมื่ออัตราส่วนของแสงสะท้อนต่อแสงที่ส่องสว่างด้านหน้าเพิ่มขึ้น
02
perovskites สองด้านประหยัดกว่า
NREL กล่าวว่าเป้าหมายสำหรับเซลล์ perovskite แบบสองหน้าคือการบรรลุประสิทธิภาพด้านหน้าให้ทัดเทียมกับประสิทธิภาพด้านเดียว ซึ่งได้รับการเผยแพร่สำหรับเซลล์เชิงพาณิชย์หลายประเภท เช่น ร้อยละ 28.6 สำหรับ Oxford PV ในขณะที่ประสิทธิภาพด้านหลังใกล้เคียงกันมาก ถึงระดับเหล่านี้ ในเซลล์ทดสอบ ประสิทธิภาพการแปลงด้านหน้าอยู่ที่ 23 เปอร์เซ็นต์ และประสิทธิภาพการแปลงด้านหลังเท่ากับ 91-93 เปอร์เซ็นต์ของประสิทธิภาพการแปลงด้านหน้า
“เซลล์เพอร์รอฟสไกต์นี้สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพทั้งสองด้าน” Kai Zhu นักวิทยาศาสตร์อาวุโสจากศูนย์เคมีและนาโนศาสตร์ของ NREL กล่าว
เขาเสริมว่าแม้ว่าต้นทุนการผลิตจะสูงกว่าเซลล์แบบด้านเดียว แต่ในระยะยาว การผลิตไฟฟ้าของเพอร์รอฟสกี้แบบสองด้านอาจสูงกว่าเซลล์แบบด้านเดียว 10-20 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งพิสูจน์ได้ว่าสองเท่า - perovskites ด้านข้างประหยัดกว่า
การวิจัยของ NREL ซึ่งได้รับทุนจากสำนักงานเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา ขณะนี้อยู่ในขั้นสมมุติ
ในปัจจุบัน เซลล์เพอร์รอฟสไกต์ด้านเดียวยังไม่มีการผลิตจำนวนมาก ไม่ต้องพูดถึงเซลล์สองหน้าเลย อุตสาหกรรมเชื่อว่า perovskites อาจเข้าสู่ตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ PV โดยเริ่มจากหลังคาและโครงการขนาดเล็ก ในโครงการเหล่านี้ ประสิทธิภาพสูงมีความสำคัญมากกว่าต้นทุนการติดตั้ง และสิ่งนี้จำเป็นต้องมีนวัตกรรมของเทคโนโลยี myofascial เป็นอันดับแรก ขณะนี้นี่เป็นข้อกังวลหลักสำหรับผู้ที่ต้องการนำเทคโนโลยีนี้ออกสู่ตลาด
อย่างไรก็ตาม พลังงานแสงอาทิตย์สองด้านเป็นทิศทางที่ชุมชนการวิจัยทางวิทยาศาสตร์กำลังสำรวจอยู่ตลอดเวลา
ก่อนหน้านี้ ศูนย์วิจัยพลังงานเนเธอร์แลนด์ (ECN) ประกาศว่าประสบความสำเร็จในการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์แบบสองด้าน โดยมีประสิทธิภาพสูงถึง 30.2 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งสูงกว่าประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ทั่วไปถึง 1 ใน 3 (ประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์) -22 เปอร์เซ็นต์ )
เซลล์ใช้เทคโนโลยีฟิล์มบาง perovskite เทคโนโลยีผลึกซิลิคอน และเทคโนโลยีซิลิคอนสองด้าน นอกจากจะดูดซับแสงแดดที่ด้านหน้าเพื่อผลิตไฟฟ้าแล้ว ด้านหลังยังสามารถรับแสงที่กระจัดกระจายและแสงสะท้อนจากสิ่งแวดล้อมเพื่อผลิตไฟฟ้าได้อีกด้วย ดังนั้นจึงมีประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าที่ครอบคลุมสูงกว่า โดยสามารถทะลุขีดจำกัดของเซลล์แสงอาทิตย์ด้านเดียวได้สำเร็จ และบรรลุประสิทธิภาพการแปลงโฟโตอิเล็กทริคสูงถึง 30.2 เปอร์เซ็นต์
ในประเทศจีน มีกรณีการใช้งานพลังงานแสงอาทิตย์ซิลิคอนแบบผลึกสองหน้าอยู่แล้ว Huadian Tianjin Haijing โครงการเซลล์แสงอาทิตย์ "เสริมแสงอาทิตย์ด้วยเกลือ" ขนาด 1 ล้านกิโลวัตต์ ใช้พลังงานแสงอาทิตย์สองด้าน โรงไฟฟ้า "เสริมแสงเกลือ" ได้เพิ่มการออกแบบการผลิตไฟฟ้าแบบสองด้าน ไม่เพียงแต่ด้านบนของแผงเซลล์แสงอาทิตย์สามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง แต่ด้านหลังยังสามารถดูดซับแสงแดดที่สะท้อนจากผิวน้ำ ซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ได้ 5 เปอร์เซ็นต์ -7 เปอร์เซ็นต์
