Napredni pristopi modeliranja so pomemben del vsakega razvojnega procesa sončnih celic. Na področju fotovoltaike (PV) je v zadnjem času izrazita težnja, da se poleg eksperimentalne karakterizacije tudi numerična analiza in optimizacija PV naprav izvajajo z upoštevanjem realističnih pogojev delovanja na prostem, ki drastično presegajo kompleksnost standardnih testnih pogojev. Modeliranje dolgoročnega energijskega donosa (angl. »energy yield (EY)«) je tako nepogrešljivo orodje za zmanjšanje povračilne dobe naložbe pri kateri koli tehnologiji sončnih celic, ki vstopa na trg.
Širši cilj naše disertacije je bil torej razviti celovit eksperimentalno kalibriran okvir, ki zajema sklopljen opto-električno-termični model za namen vrednotenja in optimizacije dolgoročnega energijskega donosa perovskitno-silicijevih (PK-Si) tandemskih PV naprav z upoštevanjem poljubnih pogojev delovanja.
Razviti EY algoritem je bil najprej uporabljen za analizo delovanja enkapsuliranih dvokontaktnih perovskitno-silicijevih tandemskih sončnih celic, pri čemer so bile upoštevane različne namestitve naprave na različnih geografskih lokacijah po svetu iz različnih Köppen-Geiger klimatskih con. Določili smo optimalno energijsko režo perovskitne podcelice za vsak primer delovanja tandemske naprave in temeljito analizirali obseg relativnih izgub energijskega izkoristka zaradi odstopanj od optimalne vrednosti energijske reže. Poleg tega smo proučili, kako različni okoljski vidiki vplivajo na delovanje naprave. Poglobljena analiza je pokazala, da je optimalna vrednost energijske reže linearno odvisna od povprečne energije fotonov v spektru, kar predstavlja pomembno orodje za hitro načrtovanje tandemskih naprav za katero koli ciljno uporabo.
Nazadnje je bil razviti EY model uporabljen za pridobitev in vrednotenje vpliva učinka svetlobne regeneracije na delovanje enospojnih perovskitnih in PK-Si tandemskih sončnih celic. Rezultati so pokazali, da ima učinek nezanemarljiv vpliv na delovanje naprave pod realističnimi pogoji, saj lahko energijske izgube ob sončnih dnevih dosežejo do 2 %, ob oblačnem vremenu pa celo več kot 12 %. Dodatna analiza rezultatov je razkrila, da je dinamika regeneracije učinkovitosti pretvorbe naprave odvisna od njenega kumulativnega dnevnega obsevanja in temperature. Vse tri parametre smo nato empirično povezali znotraj EY modela, kar nam je omogočilo analizo energijskih izgub, povezanih z učinkom svetlobne regeneracije, ob upoštevanju različnih namestitev PV naprav na različnih geografskih lokacijah po svetu. Predstavljena metodologija je omogočila pomemben vpogled v spremembe učinkovitosti pretvorbe tekom dnevnega cikla PV naprav na osnovi perovskitnih materialnov pri njihovem realnem delovanju na prostem, ki bi lahko pripomogel k hitrejšemu razvoju perovskitne PV tehnologije na njeni poti proti komercializaciji.
|
