Usando camadas microestruturadas, uma equipe do HZB foi capaz de aumentar a eficiência das células solares tandem de perovskita-silício, alcançando 25,5 por cento, que é o maior valor publicado até o momento. A equipe usou simulações computacionais para investigar a conversão de luz em vários projetos de dispositivos com diferentes superfícies nanoestruturadas. Isso permitiu a otimização do gerenciamento de luz e análises detalhadas do rendimento energético. O estudo já foi publicado em Energia e Ciência Ambiental .

Células solares tandem feitas de silício e compostos de perovskita de haleto metálico podem converter uma parte particularmente grande do espectro solar em energia elétrica. Contudo, parte da luz é refletida e, portanto, perdida para fins de conversão de energia. Usando nanoestruturas, a reflexão pode ser reduzida significativamente, garantindo que a célula solar capture mais luz. Por exemplo, Microcaracterísticas em forma de pirâmide podem ser gravadas em silício. Contudo, essas características causam rugosidade microscópica na superfície do silício, tornando-o não mais adequado como um substrato para deposição de camadas de perovskita extremamente finas. Isso ocorre porque as perovskitas são normalmente depositadas em um wafer polido usando o processamento de solução para formar um filme extremamente fino, muito mais fino do que as características piramidais. Uma camada de superfície de silicone áspera, portanto, evita a formação de uma camada conformada uniforme.

A eficiência melhorou de 23,4 por cento para 25,5 por cento

Uma equipe chefiada pelo físico do HZB Steve Albrecht investigou uma abordagem alternativa de gerenciamento de luz com texturas em células solares em tandem. A equipe fabricou um dispositivo tandem de perovskita / silício eficiente, cuja camada de silício foi gravada na parte de trás. A camada de perovskita pode ser aplicada por spincoating na parte frontal lisa do silicone. Em seguida, a equipe aplicou uma película de gerenciamento de luz de polímero (LM) na parte frontal do dispositivo. Isso permitiu o processamento de um filme de perovskita de alta qualidade em uma superfície plana, enquanto ainda se beneficia da textura frontal. "Desta maneira, conseguimos melhorar consideravelmente a eficiência de uma célula tandem de heterojunção monolítica de perovskita-silício de 23,4 por cento para 25,5 por cento ", diz Marko Jošt, primeiro autor do estudo e pós-doutorado na equipe de Albrecht.

O modelo numérico mostra possibilidade de até 32,5 por cento

Além disso, Jošt e seus colegas desenvolveram um modelo numérico sofisticado para recursos 3D complexos e sua interação com a luz. Isso permitiu à equipe calcular como diferentes designs de dispositivos com texturas em várias interfaces afetam a eficiência. "Com base nessas simulações complexas e dados empíricos, acreditamos que uma eficiência de 32,5 por cento pode ser alcançada de forma realista - se conseguirmos incorporar perovskitas de alta qualidade com um gap de 1,66 eV ", diz Jošt.

Adequado para construção de PV integrado

E o líder da equipe Steve Albrecht acrescenta:"Com base em dados meteorológicos reais, fomos capazes de calcular o rendimento de energia ao longo de um ano - para os diferentes designs de células e para três locais diferentes. "Além disso, as simulações mostram que a folha LM na parte frontal do dispositivo de célula solar é particularmente vantajosa sob irradiação de luz difusa, ou seja, não apenas sob luz perpendicularmente incidente. Células solares em tandem com a nova folha LM podem, portanto, também ser adequadas para incorporação em sistemas fotovoltaicos integrados a edifícios (BIPV), abrindo grandes áreas novas para geração de energia a partir de grandes fachadas de arranha-céus.