Studien beskriver en ny tandem- solcelle laget av helperovskitt som har potensial til å gi en rimelig og mer effektiv måte å utnytte solens energi til å generere elektrisk kraft.
Vår avhengighet av ikke-fornybare energikilder kalt fossilt brensel som kull, olje og gass har hatt en enorm negativ innvirkning på menneskeheten og miljøet. Forbrenning av fossilt brensel forsterker drivhuseffekten og forårsaker global oppvarming, ødelegger habitater, forårsaker luft-, vann- og landforurensning og påvirker folkehelsen. Det er et presserende behov for å bygge bærekraftig teknologi som kan bidra til å drive verden med ren energi. Solenergiteknologi er en slik metode som har evnen til å utnytte solens lys – den mest tallrike fornybare energikilden – og konvertere det til elektrisk energi eller strøm. De fordelaktige faktorene ved solenergi når det gjelder å være til fordel for mennesker og miljø har spilt en nøkkelrolle i å fremme bruken av solenergi.
Silisium er det vanligste materialet for å lage solceller i solcellepaneler som er tilgjengelige på markedet i dag. Den fotovoltaiske prosessen med solceller kan omdanne sollys til elektrisitet uten ytterligere bruk av drivstoff. Design og effektivitet av silisiumsolcellepaneler har blitt betydelig forbedret over flere tiår på grunn av fremskritt innen produksjon og teknologi. Den fotovoltaiske effektiviteten til en solcelle er definert som den delen av energien som er i form av sollys og som kan omdannes til elektrisitet. Fotovoltaisk effektivitet og totale kostnader er de to viktigste begrensende faktorene i solcellepaneler i dag.
Bortsett fra silisiumsolceller finnes det også tandemsolceller der spesifikke celler brukes som er optimalisert for hver del av solspekteret , noe som fører til økt total effektivitet. Et materiale kalt perovskitter anses som bedre enn silisium når det gjelder å absorbere høyenergiske blå fotoner fra sollys, dvs. en annen del av solspekteret. Perovskitter er polykrystallinske materialer (vanligvis metylammonium-blytrihalogenid (CH3NH3PbX3, hvor X er jod-, brom- eller kloratom). Perovskitter er enkle å bearbeide til sollysabsorberende lag. Tidligere studier har kombinert silisium og perovskitter til solceller, dvs. med silisiumceller på toppen som kan absorbere gule, røde og nær-infrarøde fotoner sammen med perovskittceller, og dermed nesten doblet produksjonen av strøm.
I en ny studie publisert i Science 3. mai har forskere for første gang utviklet tandem-solceller laget av kun perovskitt, som gir en effektivitet på opptil 25 prosent. Dette materialet kalles bly-tinn blandet perovskittfilm med lavt båndgap ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA for formamidinium og MA for metylammonium). Tinn har ulempen at det reagerer med oksygen fra luft og skaper defekter i krystallgitteret som kan forstyrre bevegelsen av elektrisk ladning i solcellen og dermed begrense cellens effektivitet. Forskerne fant en måte å forhindre at tinn i perovskitt reagerer med oksygen. De brukte en kjemisk forbindelse kalt guanidiniumtiocyanat for å forbedre de strukturelle og optoelektroniske egenskapene til bly-tinn blandede perovskittfilmer med lavt båndgap betydelig. Forbindelsen guanidiniumtiocyanat belegger perovskittkrystallitter i den solabsorberende filmen og forhindrer dermed oksygen i å komme inn for å reagere med tinn. Dette øker umiddelbart solcellens effektivitet fra 18 til 20 prosent. Da dette nye materialet ble kombinert med det konvensjonelt brukte, høyabsorberende topplaget av perovskitt, økte effektiviteten ytterligere til 25 prosent.
Den nåværende studien beskriver for første gang design av tandemsolceller som bruker alle perovskitt-tynne filmer, og denne teknologien kan en dag erstatte silisium i solceller. Det nye materialet er av høy kvalitet, er billig og dets fabrikasjon er enklere mens kostnadene er lave sammenlignet med silisium og silisium-perovskites tandemceller. Perovskitter er menneskeskapt materiale sammenlignet med silisium, og perovskitterbaserte solcellepaneler er fleksible, lette og semi-transparente. Selv om det nåværende materialet vil ta litt tid å overgå effektiviteten til silisium-perovskittteknologi. Likevel har perovskittbaserte polykrystallinske filmer potensialet til å designe tandemsolceller som kan gi effektivitet på opptil 30 prosent samtidig som andre faktorer holdes uhindret. Ytterligere studier er nødvendig for å gjøre materialet robust, mer stabilt og også resirkulerbart for å redusere påvirkningen på miljøet. Solenergisektoren er en av de raskest voksende og det endelige målet er å finne et lovende alternativ for ren energi.
***
{Du kan lese den originale forskningsoppgaven ved å klikke på DOI-lenken nedenfor i listen over siterte kilder}
Source (s)
Tong J. et al. 2019 Bærerlevetid på >1 μs i Sn-Pb perovskitter muliggjør effektive tandemsolceller av helperovskitt. Science, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
