Oxford PV -yhtiön tutkijat ovat tehneet maailmanennätyksen puristamalla ulos peräti 29,52 prosentin hyötysuhteen niin sanotusta tandem-aurinkokennosta, joka koostuu piistä ja edullisesta perovskiittimineraalista.
Aurinkokennon hyötysuhde ilmaisee sen kyvyn muuttaa auringonsäteilyn energiaa sähköksi. Osa auringonvalosta heijastuu takaisin tai häviää lämpönä, ja vain loppuosa imeytyy aurinkokennoon ja muuttuu sähköksi.
Uusi tandem-aurinkokenno kykenee toisin sanoen muuttamaan vajaat 30 prosenttia auringonvalosta sähköksi. Vain harvojen nykyisten vaihtoehtojen hyötysuhde on yli 20 prosenttia.
Ennätys tehtiin vain joitakin viikkoja sen jälkeen, kun Saksassa Berliinissä toimiva Helmholtz-tutkimuslaitos oli saavuttanut samankaltaisella aurinkokennolla ennätyksellisen 29,15 prosentin hyötysuhteen.
Auringon fotonit sähköistävät aurinkokennon
Uudenlaisten aurinkokennojen tehokkuus perustuu tandem-rakenteeseen, jossa yhdistyvät piiaurinkokenno ja ohut perovskiittikalvo.
Aurinkokenno koostuu yleensä kolmesta kerroksesta: sähkövarauksettomasta keskiosasta, jonka toisella puolella on elektronivajaus ja toisella puolella ylimääräisiä elektroneja. Kun kerrokset liitetään toisiinsa, ylimääräiset elektronit liikkuvat siihen kerrokseen, josta niitä puuttuu. Silloin välikerrokseen syntyy sähkökenttä.
🎬 Näin aurinkokenno toimii:
Kun auringonvalo osuu aurinkokennoon, sen fotonit iskevät irti elektroneja. Vapaat elektronit alkavat liikkua sähkökentän mukaisesti kohti sitä kerrosta, jossa on elektronivajaus, ja saavat aikaan sähkövirtaa.
Kaikki fotonit eivät pysty kuitenkaan energiallaan irrottamaan elektroneja. Kun fotonin energiataso alittaa tai ylittää aineen kielletyksi energiavyöksi kutsutun välin tai raon, jossa elektronit eivät voi olla, se ei voi iskeä elektroneja irti.
Perovskiitti ottaa talteen vahvaa valoa
Tässä avuksi otetaan perovskiitti, jonka energiarako on leveämpi kuin piin. Piillä saadaan hyvin talteen valon spektrin heikompia osia, punaista ja infrapunaista valoa, ja perovskiitilla voimakkaampaa ultraviolettisäteilyä ja näkyvää valoa.
Perovskiittia esiintyy runsaasti luonnossa, eikä esiintymien hyödyntäminen tule erityisen kalliiksi. Lisäksi Oxford PV:n tutkijat kertovat olevansa valmiita aloittamaan massatuotannon.
Aurinkokennojen lanseeraus on lykkääntymässä koronapandemian vuoksi noin vuodella, eli se tapahtuu vasta 2022.