Tutkimus kuvaa uutta, perovskiitista koostuvaa tandemia aurinko- kenno, jolla on potentiaalia tarjota edullinen ja tehokkaampi tapa valjastaa auringon energia sähkön tuottamiseen
Olemme riippuvaisia uusiutumattomista lähteistä energia Fossiilisilla polttoaineilla, kuten hiilellä, öljyllä ja kaasulla, on ollut valtava kielteinen vaikutus ihmiskuntaan ja ympäristöön. Fossiilisten polttoaineiden polttaminen lisää kasvihuoneilmiötä ja aiheuttaa ilmaston lämpenemistä, tuhoaa elinympäristöjä, saastuttaa ilmaa, vettä ja maata sekä vaikuttaa kansanterveyteen. On pikaisesti rakennettava kestävää teknologiaa, joka voi auttaa teho maailma käyttää puhdasta energiaa. Aurinkoenergia teknologia on yksi tällainen menetelmä, jolla on kyky valjastaa auringon valo – runsain uusiutuva energialähde – ja muuntaa se sähköenergiaksi tai sähköksi. Edulliset tekijät aurinko- energialla ihmisten ja ympäristön hyödyn kannalta on ollut keskeinen rooli käytön edistämisessä aurinko- energiaa.
Pii on yleisesti käytetty materiaali valmistukseen aurinko- solut sisään aurinkopaneelit jotka ovat saatavilla markkinoilla tänään. Aurinkosähköprosessi aurinko- solut voivat muuttaa auringonvalon sähköksi ilman ylimääräistä polttoainetta. Piin suunnittelu ja tehokkuus aurinko- paneelit ovat parantuneet merkittävästi vuosikymmenten aikana valmistuksen ja tekniikan edistymisen ansiosta. Aurinkosähkötehokkuus a aurinko- solu määritellään osaksi energiaa, joka on auringonvalon muodossa ja joka voidaan muuntaa sähköksi. Aurinkosähkötehokkuus ja kokonaiskustannukset ovat kaksi tärkeintä rajoittavaa tekijää aurinko- paneelit tänään.
Piin lisäksi aurinko- solut, tandem aurinko- Saatavilla on myös soluja, joissa käytetään erityisiä kennoja, jotka on optimoitu Auringon spektrin jokaiselle osalle, mikä lisää yleistä tehokkuutta. Perovskiiteiksi kutsuttua materiaalia pidetään piitä parempana absorboimaan suurienergisiä sinisiä fotoneja auringonvalosta eli toisesta osasta Auringon spektriä. Perovskiitit ovat monikiteistä materiaalia (yleensä metyyliammoniumlyijytrihalogenidi (CH3NH3PbX3, jossa X on jodi-, bromi- tai klooriatomi). Perovskiitit on helppo työstää auringonvaloa imeviksi kerroksiksi. Aikaisemmat tutkimukset ovat yhdistäneet piitä ja perovskiitteja aurinkokennoiksi eli piikennoilla Top, joka voi absorboida keltaisia, punaisia ja lähi-infrapunafotoneja yhdessä perovskiittisolujen kanssa, mikä lähes kaksinkertaistaa tehon tuotannon.
Uudessa tutkimuksessa, joka julkaistiin tiede 3. toukokuuta tutkijat ovat kehittäneet ensimmäistä kertaa kaikki perovskiittiset tandem-aurinkokennot, joiden hyötysuhde on jopa 25 prosenttia. Tätä materiaalia kutsutaan lyijy-tinasekoitetuksi matalakaistaväliperovskiittikalvoksi ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA formamidiniumille ja MA metyyliammoniumille). Tinalla on se haittapuoli, että se reagoi ilman hapen kanssa ja aiheuttaa kidehilassa vikoja, jotka voivat häiritä sähkövarauksen liikettä aurinko- solun tehokkuutta rajoittaen. Tutkijat löysivät tavan estää perovskiitissa olevaa tinaa reagoimasta hapen kanssa. He käyttivät kemiallista yhdistettä, jota kutsutaan guanidiniumtiosyanaattiksi, parantamaan merkittävästi lyijy-tinaseosten matalakaistaisten perovskiittikalvojen rakenteellisia ja optoelektronisia ominaisuuksia. Yhdiste guanidiniumtiosyanaatti peittää perovskiittikristalliitit aurinko- absorboiva kalvo, mikä estää happea pääsemästä sisään reagoimaan tinan kanssa. Tämä kohentaa aurinkokennon tehokkuutta 18 prosentista 20 prosenttiin. Myös, kun tämä uusi materiaali yhdistettiin perinteisesti käytettyyn hyvin imukykyiseen pintaperovskiittikerrokseen, tehokkuus nousi edelleen 25 prosenttiin.
Tässä tutkimuksessa kuvataan ensimmäistä kertaa tandem-aurinkokennojen suunnittelu, joissa käytetään kaikkia perovskiittiohutkalvoja, ja tämä tekniikka voisi jonain päivänä korvata piin aurinkokennoissa. Uusi materiaali on korkealaatuista, edullista ja sen valmistus on yksinkertaisempaa, kun taas kustannukset ovat alhaiset verrattuna pii- ja pii-perovskiitteihin tandemkennoihin. Perovskiitit ovat keinotekoista materiaalia piihin verrattuna, ja perovskiittipohjaiset aurinkopaneelit ovat joustavia, kevyitä ja puoliksi läpinäkyviä. Vaikka nykyinen materiaali kestää jonkin aikaa ylittääkseen pii-perovskiittitekniikan tehokkuuden. Siitä huolimatta perovskiittipohjaisilla monikiteisillä kalvoilla on potentiaalia suunnitella tandem-aurinkokennoja, jotka voivat tarjota jopa 30 prosentin hyötysuhteen samalla kun muut tekijät eivät estety. Lisätutkimuksia tarvitaan, jotta materiaalista tulee kestävä, vakaampi ja myös kierrätettävä ympäristövaikutusten vähentämiseksi. Aurinkoenergiasektori on yksi nopeimmin kasvavista ja perimmäisenä tavoitteena on löytää lupaava vaihtoehto puhtaalle energialle.
***
{Voit lukea alkuperäisen tutkimuspaperin napsauttamalla alla olevaa DOI-linkkiä lainattujen lähteiden luettelossa}
Lähteet)
Tong J. et ai. 2019 > 1 μs:n kantoaaltojen käyttöikä Sn-Pb-perovskiiteissa mahdollistaa tehokkaat täysperovskiitista koostuvat tandem-aurinkokennot. Science, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
