الخلايا الشمسية بيروفسكايت ثنائية الوجه تحقق كفاءة أعلى بتكلفة أقل

خلية بيروفسكايت الشمسية ثنائية الوجه، والتي تسمح لأشعة الشمس بالوصول إلى جانبي الجهاز ، لديها القدرة على إنتاج عوائد أعلى من الطاقة بتكاليف إجمالية أقل.

تسمح الطبيعة المزدوجة للخلية الشمسية ثنائية الوجه بالتقاط أشعة الشمس المباشرة من الأمام والتقاط أشعة الشمس المنعكسة على الظهر، مما يسمح لهذا النوع من الأجهزة بالتفوق في الأداء على نظيراتها أحادية الوجه.

أسفرت أبحاث الخلايا الشمسية ثنائية الوجه السابقة عن أجهزة بيروفسكايت غير كافية مقارنة بالخلايا أحادية الوجه ، والتي لديها سجل حالي بنسبة 26 ٪ من الكفاءة.

من الناحية المثالية، لاحظ باحثو NREL ، يجب أن تتمتع الخلية ثنائية الوجه بكفاءة أمامية قريبة من الخلية أحادية الوجه الأفضل أداءً وكفاءة الجانب الخلفي المماثلة.

تمكن الباحثون من صنع خلية شمسية حيث تكون الكفاءة تحت الإضاءة من كلا الجانبين قريبة من بعضها البعض.

وصلت الكفاءة المقاسة معمليًا للإضاءة الأمامية إلى ما يزيد عن 23٪، من الإضاءة الخلفية ، كانت الكفاءة حوالي 91٪ -93٪ من المقدمة.

كفاءة عالية من كلا الجانبين

قال كاي تشو ، العالم البارز في مركز الكيمياء وعلم النانو في NREL والمؤلف الرئيسي لورقة بحثية جديدة نُشرت في مجلة Joule : ” يمكن لخلية البيروفسكايت أن تعمل بكفاءة عالية من كلا الجانبين” .

المؤلفون المشاركون من NREL هم Qi Jiang و Rosemary Bramante و Paul Ndione و Robert Tirawat و Joseph Berry. المؤلفون المشاركون الآخرون هم من جامعة توليدو.

قبل إنشاء الخلية ، اعتمد الباحثون على المحاكاة الضوئية والكهربائية لتحديد السماكة اللازمة، يجب أن تكون طبقة البيروفسكايت الموجودة في مقدمة الخلية سميكة بما يكفي لامتصاص معظم الفوتونات من جزء معين من الطيف الشمسي، لكن طبقة البيروفسكايت شديدة السُمك يمكن أن تمنع الفوتونات، في الجزء الخلفي من الخلية ، كان على فريق NREL تحديد السُمك المثالي للقطب الخلفي لتقليل فقد المقاومة.

ارتفعت كفاءة الخلية مع زيادة نسبة الضوء المنعكس

وفقًا لـ Zhu ، فإن عمليات المحاكاة وجهت تصميم الخلية ثنائية الوجه ، وبدون هذه المساعدة كان على الباحثين إنتاج خلية بعد خلية بشكل تجريبي لتحديد السُمك المثالي.

ووجدوا أن السماكة المثالية لطبقة البيروفسكايت تبلغ حوالي 850 نانومتر، بالمقارنة، يبلغ طول شعرة الإنسان حوالي 70000 نانومتر.

لتقييم الكفاءة المكتسبة من خلال الإضاءة ثنائية الوجه، وضع الباحثون الخلية بين محاكين شمسيين، كان الضوء المباشر موجهًا إلى الجانب الأمامي ، بينما تلقى الجانب الخلفي الضوء المنعكس، ارتفعت كفاءة الخلية مع زيادة نسبة الضوء المنعكس إلى الإضاءة الأمامية.

في حين يقدر الباحثون أن تصنيع وحدة بيروفسكايت الشمسية ثنائية الوجه ستكلف أكثر من تصنيع وحدة أحادية الوجه، إلا أنه بمرور الوقت يمكن أن تصبح الوحدات ثنائية الوجه استثمارات مالية أفضل لأنها تولد طاقة أكبر بنسبة 10٪ إلى 20٪.