Der Einsatz von Singulett-Spaltung und Tandem-Solarzellen kann Solarenergie effizienter erzeugen und gleichzeitig dazu beitragen, die Betriebstemperaturen zu senken, die Lebensdauer von Geräten zu verlängern und ein neues Paradigma für die Entwicklung einer neuen Generation von Solarenergietechnologien einzuführen.
Die Tandembatterie kann aus neuen Verbindungen wie Silizium- und Perowskit-Nanokristallen bestehen. Die Nanokristalle vom Perowskit--Typ haben eine größere Bandlücke als Silizium, wodurch das Gerät mehr Sonnenspektrum für die Stromerzeugung erfassen kann.
Die beste Lösung für herkömmliche Solarzellen besteht darin, dass jedes Photon ein Elektron als Träger elektrischer Energie erzeugt. Die Singulett-Spaltungstechnologie erzeugt doppelt so viele Elektronen wie im herkömmlichen Fall, das heißt, ein Photon regt zwei Elektronen an. In der Ausrüstung zur Realisierung der Singulett-Spaltung befindet sich Tetracen, das die durch die Singulett-Spaltung erzeugte Energie auf Silizium übertragen kann.
Wissenschaftler und Ingenieure auf der ganzen Welt arbeiten hart daran, den besten Weg zu finden, Tandemzellen und Singulett-Spaltungsprozesse in kommerzielle Solaranlagen zu integrieren, um herkömmliche Silizium-Solarzellen mit Einzelübergang zu ersetzen, die üblicherweise auf Dächern und großen Arrays zu finden sind.
Diesmal hoben die Forscher einige entscheidende Vorteile von Serienzellen und Singulett-Spaltung hervor. Forscher haben gezeigt, dass Silizium/Perowskit-Tandemzellen und Singulett-Spaltzellen auf Basis von Tetracen bei niedrigeren Temperaturen betrieben werden können als herkömmliche Siliziumgeräte. Dadurch werden die Auswirkungen von Wärmeverlusten auf die Geräte verringert, die Lebensdauer der Geräte verlängert und die Energiekosten der Geräteproduktion gesenkt.
Beispielsweise entspricht eine Reduzierung der Betriebstemperatur des Moduls um 5 bis 10 Grad einer Steigerung der jährlichen Stromerzeugung um 2 bis 4 %. Es wird allgemein festgestellt, dass sich die Lebensdauer des Geräts bei jedem Temperaturabfall um 10 Grad verdoppelt. Dies bedeutet, dass sich die Lebensdauer der Serienbatterie um 3,1 Jahre und die Lebensdauer der Singulett-Spaltungsbatterie um 4,5 Jahre erhöht hat.
Darüber hinaus hat die Singulett-Spaltungsbatterie einen weiteren Vorteil. Wenn Tetracen unweigerlich abgebaut wird, wird es für Sonnenstrahlung transparent, sodass die Batterie weiterhin wie ein herkömmliches Siliziumgerät funktionieren kann.
Dr. Jessica Yajie, die Hauptautorin dieser Studie, sagte: „Der kommerzielle Wert der Photovoltaik-Technologie kann durch eine Verbesserung der Energieumwandlungseffizienz oder eine Verlängerung der Betriebslebensdauer erreicht werden. Ersteres ist die Hauptantriebskraft für die Entwicklung von Technologien der nächsten-Generation, während (bisher) die Menschen fast nicht berücksichtigt wurden.“