Naukowcy z całego świata pracują nad zwiększeniem wydajności i stabilności perowskitowych ogniw słonecznych. Podejmowane są próby różnych modyfikacji składu chemicznego poszczególnych warstw lub metod ich osadzania. Rezultaty tych działań bywają jednak różne. Jedną z technik tańszego i bardziej dokładnego badania potencjalnych ogniw słonecznych jest modelowanie komputerowe. Właśnie tej metody chwycili się naukowcy z Malezji w swojej ostatniej pracy.
Perowskitowe ogniwa słoneczne są bardzo często upatrywane jako następcy współcześnie stosowanej krzemowej technologii. Być może w przyszłości faktycznie zastąpią klasyczne panele słoneczne (choć może to się stać raczej w perspektywie lat lub dekad), ale na razie wciąż ta technologia jest w powijakach.
Czytaj też: Chiny zarządzają nową generacją ogniw słonecznych. Wada perowskitów już okiełznana?
Malezyjscy naukowcy z Universiti Malaysia Perlis postanowili poprzez modelowanie komputerowe stworzyć nową strukturę tych ogniw, opierając się na technice inżynierii składu. Z artykułu w periodyku Heliyon możemy dowiedzieć się, że chodzi tutaj głównie o wprowadzenie mieszanego układu kationowego w strukturze perowskitowych ogniw opartych na cynie.
Struktura perowskitowych ogniw słonecznych może być jeszcze inna niż dotąd
Zastosowano tutaj symulacje w programie SCAPS 1-D służącym do hipotetycznego modelowania struktur fotowoltaicznych. Badacze stworzyli nowy projekt ogniwa słonecznego na bazie cyny (Sn) i germanu (Ge). Następnie podczas symulacji sprawdzali parametry urządzenia w zależności od składu chemicznego warstw transportujących elektrony (ETL, electron transporting layer) i dziury (HTL, hole transporting layer), grubości warstwy absorbującej i temperatury ogniw.
Czytaj też: Nowy składnik ogniw słonecznych zachwycił inżynierów. Oto kilka jego zalet
Okazało się, że dodanie germanu do struktury absorbera przyczyniło się do stabilizacji urządzenia i redukcji defektów. Ge2+ stał się również dobrym jonem zastępczym utrzymującym równowagę ładunku w sieci krystalicznej oraz zwiększającym stopień wypełnienia ogniwa – tłumaczą naukowcy.
Jakie parametry prezentowało ogniwo słoneczne podczas modelowania?
W zależności od grubości absorbera sprawność konwersji energii wynosiła od 24,25 proc. do aż 31,39 proc., co możemy uznać za bardzo dobry wynik. Wszystko przy zaskakująco dużym współczynniku wypełnienia rzędu 87-88 proc. Gęstość prądu zwarciowego pozostawała podczas symulacji taka sama bez względu na zmiany temperatury – było to 33,7 mA/cm2. Napięcie obwodu otwartego cały czas wynosiło powyżej 1 V dzięki zastosowaniu tlenku cyny i fluoru jako warstwy przewodzącej.
Czytaj też: Tych ogniw słonecznych nigdy nie będziemy mieć w ręce. Posłużą Amerykanom do innych celów
Twórcy artykułu uważają, że wyniki ich modelowania mogą przyczynić się do pewnych zmian w rozwoju technologii perowskitowej. Nowo zaproponowana struktura ogniw słonecznych, jak na razie, jest tylko teoretyczna i nie wiadomo, czy będą podjęte jakiekolwiek próby stworzenia rzeczywistego prototypu. Natomiast możemy się spodziewać, że podobnych modelowań komputerowych będzie jeszcze więcej w niedalekiej przyszłości, ponieważ program SCAPS 1-D autorstwa belgijskich uczonych zyskuje uznanie w kolejnych krajach na świecie.
