Študija opisuje nov perovskitni tandem sončna celico, ki lahko zagotovi poceni in učinkovitejši način za izkoriščanje sončne energije za proizvodnjo električne energije
Naše zanašanje na neobnovljiv vir energija imenovana fosilna goriva, kot so premog, nafta, plin, so imela izjemen negativen vpliv na človeštvo in okolje. Izgorevanje fosilnih goriv povečuje učinek tople grede in povzroča globalno segrevanje, uničuje habitate, povzroča onesnaževanje zraka, vode in zemlje ter vpliva na javno zdravje. Nujno je treba zgraditi trajnostno tehnologijo, ki lahko pomaga moč svet uporablja čisto energijo. Sončna energija tehnologija je ena taka metoda, ki lahko izkoristi sončno svetlobo – najpogostejši obnovljivi vir energije – in jo pretvori v električno energijo ali moč. Ugodni dejavniki sončna energije v smislu koristi ljudem in okolju so imeli ključno vlogo pri spodbujanju uporabe sončna energija.
Silicij je najpogosteje uporabljen material za izdelavo sončna celice v sončni kolektorji ki so danes na voljo na trgu. Fotovoltaični proces sončna celice lahko pretvorijo sončno svetlobo v elektriko brez dodatne uporabe goriva. Zasnova in učinkovitost silicija sončna panelov se je v desetletjih znatno izboljšal zaradi napredka v proizvodnji in tehnologiji. Fotovoltaična učinkovitost a sončna celica je opredeljena kot del energije, ki je v obliki sončne svetlobe in ki se lahko pretvori v elektriko. Fotovoltaična učinkovitost in skupni stroški sta dva glavna omejevalna dejavnika sončna plošče danes.
Poleg silicija sončna celice, tandem sončna Na voljo so tudi celice, v katerih so uporabljene specifične celice, ki so optimizirane za vsak del sončnega spektra, kar vodi do povečanja splošne učinkovitosti. Material, imenovan perovskiti, velja za boljšega od silicija pri absorpciji visokoenergijskih modrih fotonov sončne svetlobe, tj. drugega dela sončnega spektra. Perovskiti so polikristalni material (na splošno metilamonijev svinčev trihalid (CH3NH3PbX3, kjer je X atom joda, broma ali klora). Perovskite je enostavno predelati v plasti, ki absorbirajo sončno svetlobo. Prejšnje študije so združile silicij in perovskite v sončne celice, tj. imele silicijeve celice na vrh, ki lahko absorbira rumene, rdeče in bližnje infrardeče fotone skupaj s perovskitnimi celicami in tako skoraj podvoji proizvodnjo energije.
V novi študiji, objavljeni v Znanost 3. maja so raziskovalci prvič razvili vse perovskite tandemske sončne celice, ki dajejo učinkovitost do 25 odstotkov. Ta material se imenuje perovskitni film z mešanico svinca in kositra z nizko pasovno režo ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA za formamidinij in MA za metilamonij). Pomanjkljivost kositra je, da reagira s kisikom iz zraka, kar povzroči napake v kristalni mreži, ki lahko motijo gibanje električnega naboja v sončna celice in s tem omejuje učinkovitost celice. Raziskovalci so našli način, kako preprečiti, da bi kositer v perovskitu reagiral s kisikom. Uporabili so kemično spojino, imenovano gvanidinijev tiocianat, da bi bistveno izboljšali strukturne in optoelektronske lastnosti perovskitnih filmov z nizko pasovno režo, mešanih svinca in kositra. Spojina gvanidinijev tiocianat prekriva kristalite perovskita v sončna absorbirajoči film in tako preprečuje, da bi kisik vstopil v notranjost in reagiral s kositrom. To takoj poveča učinkovitost sončne celice z 18 na 20 odstotkov. Ko je bil ta novi material kombiniran z običajno uporabljeno zgornjo perovskitno plastjo z visoko vpojnostjo, se je učinkovitost dodatno povečala na 25 odstotkov.
Trenutna študija prvič opisuje načrtovanje tandemskih sončnih celic z uporabo vseh perovskitnih tankih filmov in ta tehnologija bi lahko nekega dne nadomestila silicij v sončnih celicah. Novi material je visoke kakovosti, poceni in njegova izdelava je enostavnejša, medtem ko so stroški nizki v primerjavi s silicijevim in silicij-perovskit tandem celicami. Perovskiti so umetno izdelan material v primerjavi s silicijem, sončne celice na osnovi perovskitov pa so prilagodljive, lahke in polprozorne. Čeprav bo trenutni material potreboval nekaj časa, da bo presegel učinkovitost silicij-perovskitne tehnologije. Kljub temu imajo polikristalne folije na osnovi perovskita potencial za oblikovanje tandemskih sončnih celic, ki bi lahko zagotovile učinkovitost do 30 odstotkov, medtem ko druge dejavnike ne ovirajo. Potrebne so nadaljnje študije, da bi material postal robusten, stabilnejši in ga je mogoče tudi reciklirati, da bi zmanjšali vpliv na okolje. Sektor sončne energije je eden najhitreje rastočih in končni cilj je odkriti obetavno alternativo za čisto energijo.
***
{Izvirno raziskovalno nalogo lahko preberete s klikom na spodnjo povezavo DOI na seznamu citiranih virov}
Vir (i)
Tong J. et al. 2019 Življenjska doba nosilca > 1 μs v perovskitih Sn-Pb omogoča učinkovite tandemske sončne celice s popolnim perovskitom. Znanost, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
