W badaniu opisano nowatorski tandem wykonany w całości z perowskitu słoneczny ogniwo słoneczne, które może zapewnić niedrogi i wydajniejszy sposób wykorzystania energii słonecznej do wytwarzania energii elektrycznej
Nasza zależność od nieodnawialnego źródła energia zwane paliwami kopalnymi, takimi jak węgiel, ropa, gaz, mają ogromny negatywny wpływ na ludzkość i środowisko. Spalanie paliw kopalnych zwiększa efekt cieplarniany i powoduje globalne ocieplenie, niszczy siedliska, powoduje zanieczyszczenie powietrza, wody i gleby oraz wpływa na zdrowie publiczne. Istnieje pilna potrzeba zbudowania zrównoważonej technologii, która może pomóc: power świat wykorzystujący czystą energię. Energia słoneczna Technologia to jedna z takich metod, która umożliwia wykorzystanie światła słonecznego – najobficiej występującego odnawialnego źródła energii – i przekształcenie go w energię elektryczną lub moc. Korzystne czynniki słoneczny energia z punktu widzenia korzyści dla ludzi i środowiska, odegrały kluczową rolę w promowaniu jej wykorzystania słoneczny energia.
Krzem jest powszechnie używanym materiałem do produkcji słoneczny komórki w panele słoneczne które są dziś dostępne na rynku. Proces fotowoltaiczny słoneczny ogniwa mogą przekształcać światło słoneczne w energię elektryczną bez dodatkowego zużycia paliwa. Konstrukcja i wydajność krzemu słoneczny paneli uległa znacznej poprawie na przestrzeni dziesięcioleci dzięki postępowi w produkcji i technologii. Sprawność fotowoltaiczna A słoneczny ogniwo definiuje się jako część energii występującej w postaci światła słonecznego, która może zostać zamieniona na energię elektryczną. Wydajność fotowoltaiki i koszty całkowite to dwa główne czynniki ograniczające słoneczny panele dzisiaj.
Oprócz silikonu słoneczny komórki, tandem słoneczny dostępne są również ogniwa, w których stosowane są specyficzne ogniwa zoptymalizowane dla każdej sekcji widma Słońca, co prowadzi do zwiększenia ogólnej wydajności. Uważa się, że materiał zwany perowskitami lepiej niż krzem absorbuje wysokoenergetyczne niebieskie fotony ze światła słonecznego, czyli innej części widma słonecznego. Perowskity to materiał polikrystaliczny (zazwyczaj trójhalogenek metyloamoniowo-ołowiowy (CH3NH3PbX3, gdzie X oznacza atom jodu, bromu lub chloru). Perowskity można łatwo przetwarzać w warstwy pochłaniające światło słoneczne. We wcześniejszych badaniach połączono krzem i perowskity w ogniwa słoneczne, tj. posiadające ogniwa krzemowe na powierzchni wierzchołek, który może absorbować fotony żółte, czerwone i bliskiej podczerwieni wraz z ogniwami perowskitowymi, prawie podwajając w ten sposób produkcję energii.
W nowym badaniu opublikowanym w nauka 3 maja badacze po raz pierwszy opracowali tandemowe ogniwa słoneczne z perowskitów, które zapewniają sprawność do 25 procent. Materiał ten nazywany jest folią perowskitową z mieszaną ołowiem i cyną o niskiej przerwie energetycznej ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA dla formamidyny i MA dla metyloamonu). Wadą cyny jest to, że reaguje z tlenem z powietrza, powodując defekty w sieci krystalicznej, które mogą zakłócać ruch ładunku elektrycznego w słoneczny ogniwo, ograniczając w ten sposób jego wydajność. Naukowcy znaleźli sposób, aby zapobiec reakcji cyny zawartej w perowskicie z tlenem. Wykorzystali związek chemiczny zwany tiocyjanianem guanidyny, aby znacząco poprawić właściwości strukturalne i optoelektroniczne folii perowskitowych z mieszaną ołowiem i cyną o niskiej przerwie energetycznej. Związek tiocyjanianu guanidyniowego pokrywa krystality perowskitu w słoneczny folia pochłaniająca, zapobiegając w ten sposób przedostawaniu się tlenu do środka i reakcji z cyną. To natychmiast zwiększa wydajność ogniwa słonecznego z 18 do 20 procent. Ponadto, gdy ten nowy materiał połączono z konwencjonalnie stosowaną, wysokochłonną górną warstwą perowskitu, wydajność wzrosła jeszcze bardziej do 25 procent.
Obecne badanie opisuje po raz pierwszy projekt tandemowych ogniw słonecznych z wykorzystaniem wszystkich cienkich warstw perowskitu, a technologia ta może pewnego dnia zastąpić krzem w ogniwach słonecznych. Nowy materiał jest wysokiej jakości, niedrogi, a jego produkcja jest prostsza, a koszt jest niski w porównaniu z tandemowymi ogniwami krzemowymi i krzemowo-perowskitowymi. Perowskity są materiałem sztucznym w porównaniu do krzemu, a panele słoneczne na bazie perowskitów są elastyczne, lekkie i półprzezroczyste. Chociaż obecny materiał zajmie trochę czasu, aby przewyższyć wydajność technologii krzemowo-perowskitowej. Niemniej jednak folie polikrystaliczne na bazie perowskitu mają potencjał do projektowania tandemowych ogniw słonecznych, które mogłyby zapewnić wydajność do 30%, przy jednoczesnym zachowaniu innych czynników. Potrzebne są dalsze badania, aby materiał był wytrzymały, stabilniejszy, a także nadający się do recyklingu w celu zmniejszenia wpływu na środowisko. Sektor energii słonecznej jest jednym z najszybciej rozwijających się, a ostatecznym celem jest odkrycie obiecującej alternatywy dla czystej energii.
***
{Możesz przeczytać oryginalną pracę naukową, klikając link DOI podany poniżej na liście cytowanych źródeł}
Źródło (s)
Tong J. i in. 2019 Żywotność nośników >1 μs w perowskitach Sn-Pb umożliwia wydajne tandemowe ogniwa słoneczne wykonane w całości z perowskitu. Nauka, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
