Obiektem prowadzonych badań były dwustronne ogniwa słoneczne, które do tej pory zmagały się z poważnymi stratami mocy. Zorganizowane eksperymenty doprowadziły jednak do przełomu. W ich efekcie pojawiły się urządzenia na miarę XXI wieku, cechujące się nie tylko wydajnością rekordową dla tego typu fotowoltaiki, ale dodatkowo wykazujące imponującą żywotność.
Czytaj też: Popełnili błąd, który bardzo im się opłacił. Wynaleźli sposób na czysty wodór
Sprawność konwersji energii potwierdzona testami wyniosła w przypadku tego najnowszego wariantu 23,4%. Na uwagę zasłużył dodatkowo aspekt stabilności i żywotności, ponieważ 2000 godzin ciągłej pracy z wystawieniem na działanie światła słonecznego sprawiło, że po tym czasie objęte badaniami moduły zachowały ponad 80% swojej pierwotnej wydajności.
Sami zainteresowani określają problem, z jakim się zmagali, mianem utraty fotonów. Na skutek tego negatywnego zjawiska dochodziło do spadków wydajności dwustronnych perowskitowych ogniw słonecznych. Biorąc pod uwagę potencjał perowskitów, tańszych od krzemu, naukowcy nie mieli zamiaru porzucić tego składnika ze względu na problemy, na które napotkali.
Dwustronne ogniwa słoneczne na bazie perowskitu, za którymi stoją naukowcy z Chin, cechują się wysoką sprawnością konwersji energii uzyskaną dzięki uporaniu się z tzw. ucieczką fotonów
Wyjściem z całej sytuacji okazała się wdrożona przez nich metoda osadzania grubych warstw. Takie podejście jest oparte na regulacji dynamiki krystalizacji perowskitu. W praktyce zastosowana strategia zaowocowała osiągnięciem rekordowej sprawności konwersji energii, która wyniosła 23,4%. Z kolei straty prądu zostały ograniczone do poziomu 1,67 mA cm⁻². Po 2000 godzin działania testowane urządzenia utrzymały ponad 80% początkowej wydajności.
Skąd w ogóle wziął się odwrót od jednostronnych ogniw i przeniesienie uwagi na ich dwustronne odpowiedniki? Wszystko ze względu na rosnące zapotrzebowanie na wysokowydajne i stabilne technologie, a to właśnie w wariancie dwustronnym okazuje się bardziej realną opcją. Oczywiście ten ostatni również ma swoje problemy – wymienione wyżej – dlatego przyszła pora na uporanie się z nimi.
Czytaj też: Pojawiła się ważna informacja nt. fotowoltaicznego bilansu i magazynowania energii
Inżynierowie zdawali sobie sprawę z faktu, iż wykorzystywane w dwustronnych konstrukcjach półprzezroczyste, nieodblaskowe elektrody tylne mogą napędzać ucieczkę fotonów. W konsekwencji wydajność takich dwustronnych ogniw jest niższa, a szczególnie słabo wypadała do tej pory gęstość prądu zwarciowego.
Aby uporać się z napotkanymi ograniczeniami, członkowie zespołu badawczego postawili na grubszą warstwę absorbującą perowskit. Za jej sprawą wzrosła absorpcja fotonów, choć jednocześnie sporym wyzwaniem pozostawało tworzenie grubszych warstw z roztworów o wysokim stężeniu, co zwykle prowadziło do słabej krystalizacji i wynikających z niej spadków wydajności oraz stabilności. Aby temu przeciwdziałać, autorzy postawili na EGTHCl, który reguluje proces nukleacji i krystalizacji prekursora o wysokim stężeniu. Dzięki temu dochodzi do powstawania gęstych, jednorodnych i wysoce krystalicznych warstw pozbawionych defektów.