Vir: sciencedaily
Raziskovalec skupine Georgia Tech ima sončno celico na osnovi perovskita, ki je prožna in lažja od silicijevih različic.
Zasluge: Rob Felt, Georgia Tech
Veliko je všeč sončnim celicam na osnovi perovskitov. So preprosti in poceni za proizvodnjo, ponujajo fleksibilnost, ki bi lahko sprostila širok nabor novih načinov in mest namestitve, v zadnjih letih pa so dosegli energetsko učinkovitost, ki se približuje tistim iz tradicionalnih silicijevih celic.
Toda ugotoviti, kako proizvajati energetske naprave na osnovi perovskita, ki trajajo dlje kot nekaj mesecev, je bil izziv.
Zdaj so raziskovalci s tehnološkega inštituta Georgia, San Diego in Massachusetts Institute of Technology poročali o novih ugotovitvah o perovskitnih sončnih celicah, ki bi lahko vodile pot do naprav, ki delujejo bolje.
"Perovskite sončne celice ponujajo veliko potencialnih prednosti, ker so izjemno lahke in jih je mogoče izdelati s fleksibilnimi plastičnimi podlagami," je dejal Juan-Pablo Correa-Baena, docent na Georgia Tech School of Science Science and Engineering. "Da bi lahko konkurirali na trgu s sončnimi celicami na osnovi silicija, pa morajo biti učinkovitejši."
V študiji, ki je bila objavljena 8. februarja v reviji Science in je bila sponzorirana s strani ameriškega oddelka za energijo in Nacionalne znanstvene fundacije, so raziskovalci podrobneje opisali mehanizme, kako dodajanje alkalne kovine tradicionalnim perovskitom vodi k boljšemu delovanju.
"Perovskiti bi lahko resnično spremenili igro na soncu," je dejal David Fenning, profesor nanoinženiringa na Univerzi v San Diegu. "Imajo potencial za zmanjšanje stroškov, ne da bi opustili uspešnost. Ampak še vedno je treba veliko naučiti o teh materialih."
Da bi razumeli kristale perovskita, je koristno razmisliti o njegovi kristalni strukturi kot triadi. En del triade je običajno oblikovan iz svinca elementa. Drugi je običajno sestavljen iz organske komponente, kot je metilamonij, tretji pa je pogosto sestavljen iz drugih halogenidov, kot so brom in jod.
V zadnjih letih so se raziskovalci osredotočili na preskušanje različnih receptov, da bi dosegli boljšo učinkovitost, kot je dodajanje joda in broma k vodilni komponenti strukture. Kasneje so poskusili zamenjati cezij in rubidij v del perovskita, ki ga običajno uporabljajo organske molekule.
"Iz prejšnjih del smo vedeli, da dodajanje cezija in rubidija mešanemu bromu in jodovemu perovskitu vodi k boljši stabilnosti in večji učinkovitosti," je dejal Correa-Baena.
Ampak malo je bilo znanega o tem, zakaj je dodajanje teh alkalijskih kovin izboljšalo učinkovitost perovskitov.
Da bi razumeli, zakaj se je zdelo, da deluje, so raziskovalci uporabili rentgensko kartiranje visoke intenzivnosti, da bi pregledali perovskite na nanoskali.
"Če pogledamo kompozicijo v perovskitnem materialu, lahko vidimo, kako vsak posamezen element igra vlogo pri izboljšanju zmogljivosti naprave," je dejal Yanqi (Grace) Luo, doktorant na UC San Diego.
Ugotovili so, da ko so cezij in rubidij dodali mešanemu bromu in jodovemu svinčevemu perovskitu, so se brom in jod mešali bolj homogeno, kar je povzročilo do 2 odstotka večjo učinkovitost pretvorbe kot materiali brez teh dodatkov.
"Ugotovili smo, da je enotnost v kemiji in strukturi tisto, kar pomaga perovskitovim sončnim celicam delovati v svojem polnem potencialu," je dejal Fenning. "Vsaka heterogenost v tem hrbtenici je kot šibka vez v verigi."
Kljub temu so raziskovalci ugotovili tudi, da so med dodajanjem rubidija ali cezija bolj homogeni broma in jod, same halidne kovine v lastnem kationu pa so ostale precej strnjene, kar ustvarja neaktivne "mrtve cone" v sončni celici, ki ne proizvajajo toka.
"To je bilo presenetljivo," je dejal Fenning. "Če bi te mrtve cone običajno ubili sončno celico. V drugih materialih delujejo kot črne luknje, ki sesajo elektrone iz drugih regij in jih nikoli ne pustijo, zato izgubite tok in napetost."
"Toda v teh perovskitih smo videli, da mrtve cone okoli rubidija in cezija niso bile preveč škodljive za delovanje sončnih celic, čeprav je prišlo do trenutne izgube," je dejal Fenning. "To kaže, kako zanesljivi so ti materiali, pa tudi, da je še več možnosti za izboljšanje."
Ugotovitve prispevajo k razumevanju delovanja perovskitnih naprav na nanoskali in lahko postavijo temelje za prihodnje izboljšave.
"Ti materiali obljubljajo, da bodo zelo stroškovno učinkoviti in visoko učinkoviti, kar je precej tisto, kar potrebujemo, da zagotovimo, da bodo fotovoltaične plošče široko uporabljene," je dejal Correa-Baena. "Želimo poskušati nadomestiti vprašanja podnebnih sprememb, zato je ideja, da so fotovoltaične celice, ki so čim bolj poceni."
