太陽エネルギー物理学において、サイズは非常に重要です。ドイツの科学者たちは、次世代のクリーンエネルギーを解き放つ可能性があり、郵便切手よりも大きい材料の上で記録的なエネルギーを生み出しました。ヘルムホルツ・ベルリンセンター（Helmholtz-Zentrum Berlin、略称 HZB）とベルリン・フンボルト大学の研究チームは、新しい認証記録を樹立しました。特に、このカスタム製のタンデム太陽電池は、25.5%の太陽光を電力に変換でき、昨年の24.6%の前記録を破りました。
この成果の鍵は、デバイスのサイズにあります。この電池の面積は1.081 cm²です。これは小さく聞こえるかもしれませんが、1 cm²の閾値を超えることは太陽エネルギーコミュニティにとって大きな挑戦です。実際、米国国立再生可能エネルギー研究所（NREL）などの標準業界チャートでは、0.001 cm²のミニ電池までリストされています。しかし、世界的に有名な太陽電池効率表、通称「グリーンリスト」は、厳格な要件を持っています。この表は、1 cm²を超える面積で自己証明しない限り、いかなる技術もリストに載せることを拒否します。
この境界を越え、ベルリンのチームは理論的な実験室のトリックから、スケーラブルな光伏の確定的な登録に移行しました。
ドイツの科学者が高効率のタンデム太陽電池を成功裏に開発
単一の材料を使用するのではなく、タンデム太陽電池は2つの異なる材料を重ね合わせ、サンドイッチのようにします。このマイルストーンを達成するために、チームは2種類の異なる薄膜材料を重ねました。基層には銅、インジウム、ガリウム、セレン（CIGS）層を使用し、その上に高適応性の結晶構造を持つペロブスカイトを覆いました。それぞれの材料は、光スペクトルの異なる部分を捕捉するように調整されています。上層のペロブスカイト材料は、高エネルギーの青色光を効果的に捕捉し、電力に変換しますが、他の光は直接下のCIGS層に通過し、低エネルギーの赤色光と赤外光を捕捉します。
効率を向上させるには、非常に高い精度が必要です。ギレルモ・ファリアス・バスルト博士は、CIGS基層を調整してそのバンドギャップを変更し、光をより効果的に捕捉しました。彼は次のように説明しています。「私たちは、ヨーロッパのプロジェクトSOLMATESの枠組みの中で、以前のマイルストーンを超えるために、異なるバンドギャップ（1.05 eVおよび1.1 eV）を持つCIGSe基層電池を使用し、類似の特性を持つアルミニウムドープ酸化亜鉛の異なる厚さを使用しました。」
同時に、化学者のウー・アイ・チャンは、内部境界での電流漏れを防ぐために原子コーティングを系統的にスクリーニングしました。チャンは、バッキーフラーレンがマイクロメートルレベルの1ナノメートルのパッシベーション層に蒸発する速度を調整し、電流をスムーズにしました。すべてがうまくいきました。
チームは、その技術が商業化できることを証明しました。ベルリン応用科学大学（HTW）と協力して、研究者たちは同じ材料の重ね合わせを2.25 cm²のミニモジュールに拡張し、19.7%の効率を維持することに成功しました。科学者たちは、これは始まりに過ぎないと自信を持っています。ファリアス・バスルト博士は、内部テストの結果、改良された構造の効率が27.5%に達したと述べています。物理学は、30%の障壁が手の届く範囲にあることを示しています。「私たちの現在の電池構造の物理学は、25.5%がより高い効率への足がかりに過ぎないことを示しています。なぜなら、内部テストではすでに27.5%の効率に達しているからです。」
この研究者は指摘しました。
これらの薄膜CIGSおよびペロブスカイト材料は軽量で柔軟です。このユニークな組み合わせにより、タンデム太陽電池は曲面に適用でき、建物の窓に統合したり、車両の屋根に取り付けたりすることができます。標準的な剛性パネルはこれらの状況では実用的ではありません。研究結果は『Joule』誌に発表されました。