Australische fotovoltaïsche onderzoekers hebben een'cool' ontdekking: Singlet-splijting en tandemzonnecellen - twee innovatieve manieren om zonne-energie efficiënter op te wekken - helpen ook om de bedrijfstemperaturen te verlagen en apparaten langer te laten werken.
Tandemcellen kunnen worden gemaakt van een combinatie van silicium - het meest gebruikte fotovoltaïsche materiaal - en nieuwe verbindingen zoals perovskiet-nanokristallen, die een grotere bandafstand kunnen hebben dan silicium en het apparaat helpen meer van het zonnespectrum vast te leggen voor energieopwekking.
Singlet-splijting is ondertussen een techniek die twee keer zoveel elektronische ladingsdragers produceert dan normaal voor elk foton van licht dat's geabsorbeerd heeft. Tetraceen wordt in deze apparaten gebruikt om de energie die wordt gegenereerd door singlet-splijting om te zetten in silicium.
Wetenschappers en ingenieurs over de hele wereld werken aan de beste manier om tandemcellen en singlet-splijtingsprocessen op te nemen in commercieel levensvatbare apparaten die de conventionele, single-junction siliciumzonnecellen die gewoonlijk op daken en in grootschalige arrays worden aangetroffen, kunnen overnemen.
Nu heeft het werk van de School of Photovoltaic and Renewable Energy Engineering en het ARC Centre of Excellence in Exciton Science, beide gevestigd aan UNSW in Sydney, een aantal belangrijke voordelen aan het licht gebracht voor zowel tandemcellen als singlet-splijting.
De onderzoekers toonden aan dat zowel silicium/perovskiet-tandemcellen als op tetraceen gebaseerde singlet-splijtingscellen bij lagere temperaturen werken dan conventionele siliciumapparaten. Dit vermindert de impact van schade door hitte op de apparaten, verlengt hun levensduur en verlaagt de kosten van de energie die ze produceren.
Een verlaging van de bedrijfstemperatuur van de module met 5-10°C komt bijvoorbeeld overeen met een winst van 2%-4% in de jaarlijkse energieproductie. En de levensduur van apparaten blijkt over het algemeen te verdubbelen voor elke 10 °C verlaging van de temperatuur. Dat betekent een verlenging van de levensduur van 3,1 jaar voor de tandemcellen en 4,5 jaar voor singlet-splijtingscellen.
In het geval van singlet-splijtingscellen is er nog een ander handig voordeel. Wanneer tetraceen onvermijdelijk degradeert, wordt het transparant voor zonnestraling, waardoor de cel kan blijven functioneren als een conventioneel siliciumapparaat, hoewel het aanvankelijk bij een lagere temperatuur heeft gewerkt en een superieure efficiëntie heeft geleverd tijdens de eerste fase van zijn levenscyclus.
Hoofdauteur dr. Jessica Yajie Jiang zei:"De commerciële waarde van fotovoltaïsche technologieën kan worden verhoogd door ofwel de energieconversie-efficiëntie ofwel de operationele levensduur te verhogen. De eerste is de belangrijkste drijfveer voor de ontwikkeling van technologieën van de volgende generatie, terwijl er weinig aandacht is besteed aan de potentiële voordelen voor de levensduur.
& quot;We hebben aangetoond dat deze geavanceerde fotovoltaïsche technologieën ook bijkomende voordelen opleveren in termen van een langere levensduur door te werken bij lagere temperaturen en meer veerkracht bij degradatie, waardoor een nieuw paradigma werd geïntroduceerd om het potentieel van nieuwe zonne-energietechnologieën te evalueren."