Studien beskriver en ny all-perovskite tandem solenergi celle som har potensial til å gi en billig og mer effektiv måte å utnytte solens energi til å generere elektrisk kraft
Vår avhengighet av ikke-fornybar kilde til energi kalt fossilt brensel som kull, olje, gass har hatt en enorm negativ innvirkning på menneskeheten og miljøet. Forbrenning av fossilt brensel øker 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 makt verden bruker ren energi. Solenergi teknologi er en slik metode som har evnen til å utnytte Suns lys – den mest utbredte fornybare energikilden – og konvertere det til elektrisk energi eller kraft. De fordelaktige faktorene ved solenergi energi i form av fordel for mennesker og miljø har spilt en nøkkelrolle i å fremme bruk av solenergi energi.
Silisium er det mest brukte materialet å lage solenergi celler i solcellepaneler som er tilgjengelig på markedet i dag. Den fotovoltaiske prosessen av solenergi celler kan forvandle sollys til elektrisitet uten ekstra bruk av drivstoff. Design og effektivitet av silisium solenergi paneler har forbedret seg betydelig over flere tiår på grunn av fremskritt innen produksjon og teknologi. Den fotovoltaiske effektiviteten til en solenergi celle 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 solenergi paneler i dag.
Bortsett fra silisium solenergi celler, tandem solenergi Det er også tilgjengelige celler hvor det brukes spesifikke celler som er optimert for hver del av solens spektrum og dermed fører til økt total effektivitet. Et materiale kalt perovskitter anses som bedre enn silisium når det gjelder å absorbere høyenergiblå fotoner fra sollys, dvs. en annen del av solens spektrum. Perovskitter er polykrystallinsk materiale (vanligvis metylammoniumblytrihalogenid (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. på å ha silisiumcellene topp som kan absorbere gule, røde og nær infrarøde fotoner sammen med perovskittceller og dermed nesten doble produksjonen av kraft.
I en ny studie publisert i Vitenskap 3. mai har forskere for første gang utviklet alle perovskitter tandem solceller som gir effektivitet på opptil 25 prosent. Dette materialet kalles bly-tinn blandet lavbåndsgap perovskittfilm ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA for formamidinium og MA for metylammonium). Tinn har den ulempen at det reagerer med oksygen fra luft og skaper defekter i det krystallinske gitteret som kan forstyrre bevegelse av elektrisk ladning i solenergi celle og dermed begrense cellens effektivitet. Forskere 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 lavbåndsgap perovskittfilmer betydelig. Forbindelsen guanidiniumtiocyanat belegger perovskittkrystallitter i solenergi absorberende film og forhindrer dermed oksygen i å gå inn for å reagere med tinn. Dette øker umiddelbart effektiviteten til solcellen fra 18 til 20 prosent. Dessuten, når dette nye materialet ble kombinert med konvensjonelt brukt høyabsorberende topp perovskittlag, 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 Bærerlevetider på >1 μs i Sn-Pb perovskitter muliggjør effektive all-perovskitt tandem solceller. Science, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
