Το μέλλον perovskite των ηλιακών κυττάρων λάμπει λίγο φωτεινότερος

Αυτός είναι όπου άλλος, σχετικά νέος--επιστήμη, υλικό μπαίνει -- perovskite αλογονιδίων μετάλλων. Όταν στο κέντρο ενός ηλιακού κυττάρου, αυτή η κρυστάλλινη δομή μετατρέπει επίσης το φως στην ηλεκτρική ενέργεια, αλλά με πολύ χαμηλότερο κόστος από το πυρίτιο. Επιπλέον, τα perovskite-βασισμένα ηλιακά κύτταρα μπορούν να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας και τα άκαμπτα και εύκαμπτα υποστρώματα έτσι, παράλληλα με την ύπαρξη φτηνότερα, θα μπορούσαν να είναι πιό ελαφριά και εύκαμπτα. Αλλά, για να έχουν την πραγματική δυνατότητα, αυτά τα πρωτότυπα πρέπει να αυξηθούν σε μέγεθος, αποδοτικότητα, και διάρκεια ζωής.

Τώρα, σε μια νέα μελέτη, που δημοσιεύεται στη νανο ενέργεια, οι ερευνητές μέσα στη μονάδα ενεργειακών υλικών και επιστημών επιφάνειας, που οδηγείται από τον καθηγητή Yabing Qi, στο ίδρυμα της Οκινάουα διαβαθμισμένου πανεπιστημίου επιστήμης και τεχνολογίας (OIST) έχουν καταδείξει ότι η δημιουργία μιας από τις πρώτες ύλες απαραίτητες για perovskites θα μπορούσε με διαφορετικό τρόπο να είναι βασική στην επιτυχία αυτών των κυττάρων.

«Υπάρχει μια απαραίτητη κρυστάλλινη σκόνη perovskites αποκαλούμενα FAPbI3, που διαμορφώνει το perovskite στρώμα απορροφητών,» εξήγησε ενός από τους επιφανείς συγγραφείς, ο Δρ Guoqing Tong, μεταδιδακτορικός μελετητής στη μονάδα. «Προηγουμένως, αυτό το στρώμα κατασκευάστηκε με το συνδυασμό δύο υλικών -- PbI2 και FAI. Η αντίδραση που πραγματοποιείται παράγει FAPbI3. Αλλά αυτή η μέθοδος είναι κάθε άλλο παρά ιδανική. Υπάρχουν συχνά περισσεύματα του ενός ή και τα δύο από τα αρχικά υλικά, τα οποία μπορούν να εμποδίσουν την αποδοτικότητα του ηλιακού κυττάρου.»

Για να πάρουν γύρω από αυτό, οι ερευνητές σύνθεσαν την κρυστάλλινη σκόνη χρησιμοποιώντας μια ακριβέστερη μέθοδο εφαρμοσμένης μηχανικής σκονών. Χρησιμοποίησαν ακόμα ενός από το ακατέργαστο υλικό-PbI2 -- αλλά και συμπεριλαμβανόμενα πρόσθετα βήματα, που περιέλαβαν, μεταξύ άλλων, να θερμάνουν το μίγμα σε 90 βαθμούς Κελσίου και διαλύοντας προσεκτικά και να φιλτραρίσουν έξω οποιαδήποτε περισσεύματα. Αυτό εξασφάλισε ότι η προκύπτουσα σκόνη ήταν υψηλή - ποιότητα και δομικά τέλειος.

Ένα άλλο όφελος αυτής της μεθόδου ήταν ότι η perovskite σταθερότητα αυξήθηκε στις διαφορετικές θερμοκρασίες. Όταν το perovskite στρώμα απορροφητών διαμορφώθηκε από την αρχική αντίδραση, ήταν σταθερό στις υψηλές θερμοκρασίες. Εντούτοις, στη θερμοκρασία δωματίου, γύρισε από καφετή σε κίτρινο, ο οποίος δεν ήταν ιδανικός για να απορροφήσει το φως. Η συντεθειμένη έκδοση ήταν καφετιά ακόμη και στη θερμοκρασία δωματίου.

Στο παρελθόν, οι ερευνητές έχουν δημιουργήσει ένα perovskite-βασισμένο ηλιακό κύτταρο με περισσότερο από την αποδοτικότητα 25%, η οποία είναι συγκρίσιμη με τα πυρίτιο-βασισμένα στον ηλιακά κύτταρα. Αλλά, για να κινήσουν αυτά τα νέα ηλιακά κύτταρα πέρα από το εργαστήριο, ένα upscale σε μέγεθος και η μακροπρόθεσμη σταθερότητα είναι απαραίτητα.

Τα «ηλιακά κύτταρα εργαστήριο-κλίμακας είναι μικροσκοπικά,» είπε τον καθ. Qi. «Το μέγεθος κάθε κυττάρου είναι μόνο περίπου 0,1 τ.εκ. Οι περισσότεροι ερευνητές εστιάζουν σε αυτούς επειδή είναι ευκολότεροι να δημιουργήσουν. Αλλά, από την άποψη των εφαρμογών, χρειαζόμαστε τις ηλιακές ενότητες, οι οποίες είναι πολύ μεγαλύτερες. Η διάρκεια ζωής των ηλιακών κυττάρων είναι επίσης κάτι που πρέπει να είμαστε προσεκτικοί. Αν και η αποδοτικότητα 25% έχει επιτευχθεί προηγουμένως, η διάρκεια ζωής ήταν, το πολύ-πολύ, μερικές χιλιάες ώρες. Μετά από αυτό, η αποδοτικότητα του κυττάρου άρχισε να μειώνεται.»

Χρησιμοποιώντας τη συντεθειμένη κρυστάλλινη perovskite σκόνη, ο Δρ Tong, παράλληλα με τον τεχνικό ερευνητικών μονάδων ο Δρ Dae-Yong Son και οι άλλοι επιστήμονες στη μονάδα του καθ. Qi's, επέτυχε μια αποδοτικότητα μετατροπής άνω των 23% στο ηλιακό κύτταρο τους, αλλά η διάρκεια ζωής ήταν περισσότερο από 2000 ώρες. Όταν ξελεπίασαν μέχρι τις ηλιακές ενότητες 5x5cm2, επέτυχαν ακόμα πέρα από την αποδοτικότητα 14%. Σαν απόδειξη--έννοια, κατασκεύασαν μια συσκευή που χρησιμοποίησε μια perovskite ηλιακή ενότητα για να φορτίσει μια ιονική μπαταρία λίθιου.

Αυτά τα αποτελέσματα αντιπροσωπεύουν ένα κρίσιμο βήμα προς τα αποδοτικές και σταθερές perovskite-βασισμένες ηλιακά κύτταρα και τις ενότητες που θα μπορούσαν, μια ημέρα, να χρησιμοποιηθούν έξω από το εργαστήριο. Το «επόμενο βήμα μας είναι να κάνουμε μια ηλιακή ενότητα που είναι 15x15cm2 και έχει μια αποδοτικότητα περισσότερο από 15%,» είπε το Δρ Tong. «Μια ημέρα ελπίζω ότι μπορούμε να τροφοδοτήσουμε ένα κτήριο σε OIST με τις ηλιακές ενότητές μας.»

Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από το OIST κεντρικής απόδειξη--έννοιας ανάπτυξης και νεωτερισμών τεχνολογίας πρόγραμμα.