Rannsókn lýsir skáldsögu all-perovskite tandem sól fruma sem hefur möguleika á að bjóða upp á ódýrari og skilvirkari leið til að nýta orku sólar til að framleiða raforku
Treysta okkar á óendurnýjanlega uppsprettu af orka kallað jarðefnaeldsneyti eins og kol, olía, gas hefur haft gríðarleg neikvæð áhrif á mannkynið og umhverfið. Brennsla jarðefnaeldsneytis eykur gróðurhúsaáhrifin og veldur hlýnun jarðar, eyðileggur búsvæði, veldur loft-, vatns- og landmengun og hefur áhrif á lýðheilsu. Það er brýn þörf á að byggja upp sjálfbæra tækni sem getur hjálpað til máttur heimurinn notar hreina orku. Sólarorku tæknin er ein slík aðferð sem hefur getu til að virkja ljós sólar – algengustu endurnýjanlega orkugjafann – og breyta því í raforku eða orku. Hagstæður þættir sól orka með tilliti til hagsbóta fyrir menn og umhverfi hafa gegnt lykilhlutverki í að efla notkun á sól Orka.
Kísill er algengasta efnið til að búa til sól frumur inn sólarplötur sem eru fáanlegar á markaðnum í dag. Ljósvökvaferli af sól frumur geta umbreytt sólarljósi í rafmagn án frekari notkunar á neinu eldsneyti. Hönnun og skilvirkni sílikons sól spjöld hafa batnað verulega í áratugi vegna framfara í framleiðslu og tækni. Ljósvirkni skilvirkni a sól fruma er skilgreind sem sá hluti orkunnar sem er í formi sólarljóss og sem hægt er að breyta í rafmagn. Ljósvirkni og heildarkostnaður eru tveir helstu takmarkandi þættirnir í sól spjöld í dag.
Fyrir utan sílikon sól frumur, tandem sól frumur eru einnig fáanlegar þar sem sérstakar frumur eru notaðar sem eru fínstilltar fyrir hvern hluta af litrófi sólarinnar og leiða þannig til aukinnar heildarnýtni. Efni sem kallast perovskites er talið betra en kísill í að gleypa háorku bláar ljóseindir frá sólarljósi, þ.e. öðrum hluta litrófs sólarinnar. Peróskítar eru fjölkristallað efni (almennt metýlammoníum blýtríhalíð (CH3NH3PbX3, þar sem X er joð, bróm eða klóratóm). Auðvelt er að vinna peróskít í sólargleypa lög. Fyrri rannsóknir hafa sameinað kísil og peróskít í sólarfrumur þ.e. á að hafa kísilfrumur toppur sem getur tekið í sig gular, rauðar og nálægt innrauðar ljóseindir ásamt peróskítfrumum og tvöfaldar þannig orkuframleiðsluna.
Í nýrri rannsókn sem birt var í Vísindi þann 3. maí hafa vísindamenn í fyrsta sinn þróað allar perovskites tandem sólarsellur sem gefa allt að 25 prósent skilvirkni. Þetta efni er kallað blý-tin blandað lágbandsbil peróskítfilma ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA fyrir formamidinium og MA fyrir metýlammoníum). Tin hefur þann ókost að bregðast við súrefni úr lofti sem skapar galla í kristalla grindinni sem getur truflað hreyfingu rafhleðslu í sól fruma sem takmarkar þar með skilvirkni frumunnar. Vísindamenn fundu leið til að koma í veg fyrir að tin í peróskíti bregðist við súrefni. Þeir notuðu efnasamband sem kallast guanidinium thiocyanate til að bæta verulega byggingar- og sjónræna eiginleika blý-tin blandaðra peróskítfilma með lágum bandi. Efnasambandið guanidinium thiocyanate húðar peróskítkristalla í sól gleypir filmu og kemur þannig í veg fyrir að súrefni fari inn til að hvarfast við tin. Þetta eykur strax skilvirkni sólarsellu úr 18 til 20 prósent. Einnig, þegar þetta nýja efni var blandað saman við hefðbundið notað hágleypandi topp perovskite lag, jókst skilvirkni enn frekar í 25 prósent.
Núverandi rannsókn lýsir í fyrsta skipti hönnun á tandem sólarsellum með því að nota allar perovskite þunnfilmur og þessi tækni gæti einn daginn komið í stað kísils í sólarsellum. Nýja efnið er hágæða, ódýrt og framleiðsla þess er einfaldari á meðan kostnaðurinn er lítill miðað við kísil- og kísilperovskites tandem frumur. Perovskites eru manngerð efni samanborið við sílikon og perovskites byggðar sólarplötur eru sveigjanlegar, léttar og hálfgagnsæar. Þó að núverandi efni muni taka nokkurn tíma að fara fram úr skilvirkni sílikon-perovskite tækni. Engu að síður hafa peróskít byggðar fjölkristallaðar kvikmyndir möguleika á að hanna samhliða sólarsellur sem gætu veitt allt að 30 prósent skilvirkni en halda öðrum þáttum óhindruðum. Frekari rannsókna er þörf til að gera efnið öflugt, stöðugra og einnig endurvinnanlegt til að draga úr áhrifum á umhverfið. Sólarorkugeirinn er einn sá ört vaxandi og lokamarkmiðið er að finna efnilegan valkost fyrir hreina orku.
***
{Þú getur lesið upprunalegu rannsóknarritgerðina með því að smella á DOI hlekkinn sem gefinn er upp hér að neðan á listanum yfir tilvitnaðar heimildir}
Heimildir)
Tong J. o.fl. 2019 Líftími burðarbera >1 μs í Sn-Pb perovskites gerir skilvirkar all-perovskite tandem sólarsellur. Vísindi, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
