Perovszkit rétegek leválasztási technológiájának kidolgozása szilícium-perovszkit tandem napelemekhez

A napelemes kutatások és fejlesztések egyik fő célja az egyre nagyobb hatásfokú napelemek kidolgozása és gyártásba vitele. A hagyományos, kristályos szilícium alapú napelemek rendkívül érett és gazdaságos technológiát képviselnek, hatásfokuk azonban kezdi megközelíteni az elérhető elvi határt, így számottevő javulás ettől a technológiától már nem várható. Napjaink egyik legígéretesebb fejlesztési iránya a hagyományos kristályos szilícium napelemek és a tudományos körökben manapság nagy népszerűségnek örvendő perovszkit napelemek, eszköz szintű kombinálása.

A két fajta napelem cellát egymásra rétegezve, a perovszkit réteget a megvilágítás felől (az előoldalon) leválasztva a kristályos szilíciumra (ami így a hátoldalra kerül), megkapjuk a szilícium-perovszkit tandem napelem struktúrát. Ennek nagy előnye, hogy a perovszkit által el nem nyelt, nagyobb hullámhosszú fényt az alatta lévő szilícium cella tudja hasznosítani, ezáltal a tandem elrendezés felülmúlhatja a két különálló technológia egyéni legnagyobb hatásfokát. Ahhoz, hogy ez az elrendezés működőképes legyen, megfelelően kell kialakítani a tandem napelemet felépítő rétegeket:

Perovszkit rétegként metilammónium-ólomhalid (CH3NH3PbX3) vegyületeket alkalmazunk, ugyanis ezen vegyületek elnyelési spektrumai hangolhatóak a halogenid-ion tartalommal. Ezek közül a metilammónium-ólomjodidnak (CH3NH3PbI3), amelyben a teljes halogenid-tartalom jodidból áll, a legnagyobb a fényelnyelése (AM-1 és AM-1.5 spektumokon). Tandem elrendezésben azonban nem célszerű, hogy a felső réteg elnyeljen a teljes spektrumon, csupán a rövidebb hullámhosszú fényt kell elnyelje, ami a jodid tartalom nagy részének bromidra cserélésével megoldható, így rövidebb hullámhosszon, nagyobb tiltottsáv-szélesség mellett, több energiát képes kinyerni ezen a spektrum-tartományon (~550 nm-ig). A nagyobb hullámhosszú fényt átereszti a perovszkit, így azt az alatta lévő szilícium nyeli el. Ezen többcellás eszköz hatékony működéséhez optimálni kell többek között a perovszkit réteg elnyelését a megfelelő sztöchiometria beállításával, valamint a fényelnyelést és soros elektromos ellenállást a réteg vastagságának helyes megválasztásával.

Az Elektronikus Eszközök Tanszékének ezen témában folyó kutatásába kapcsolódtam be. A feladatom egy ilyen szilícium-perovszkit tandem napelem, aktív elnyelő rétegét alkotó metilammónium-ólomhalid (CH3NH3PbX3) perovszkit szerkezetű réteg leválasztásához szükséges technológia kidolgozása. A kutatás fő célja a rövid és hosszú távú termikus és mechanikai stabilitás vizsgálata az általunk készített napelemeken, üzemi körülmények között.

szerző

• 
  Sándor Bálint Péter
  Villamosmérnöki szak, mesterképzés
  mesterképzés (MA/MSc)

konzulens

• 
  Dr. Plesz Balázs
  egyetemi docens, Elektronikus Eszközök Tanszék