Forrás: sciencedaily
A Georgia Tech kutatója egy perovskit alapú napelemet tartalmaz, amely rugalmas és könnyebb, mint a szilícium alapú változatok.
Hitel: Rob Felt, Georgia Tech
Sokat szeretne a perovskit alapú napelemekről. Ezek egyszerűek és olcsóak, olyan rugalmasságot nyújtanak, amelyek széles körű telepítési módszereket és helyeket nyithatnak meg, és az elmúlt években elérték az energiahatékonyságot, közelítve a hagyományos szilícium alapú sejtekhez.
De kihívást jelentett, hogy a perovskit alapú energiaeszközök előállítása több mint egy hónapig tart.
Most a Georgia Institute of Technology kutatói, a Kaliforniai San Diego és a Massachusetts Institute of Technology új eredményeket jelentettek be a perovszkij napelemekről, amelyek az utat eredményezhetik a jobb teljesítményű eszközökhöz.
"A perovskit napelemek sok potenciális előnyt kínálnak, mert rendkívül könnyűek és rugalmas műanyag alapanyagokkal készülnek" - mondta Juan-Pablo Correa-Baena, a Georgia Tech Anyagtudományi és Mérnöki Iskolájának egyetemi tanára. "Ahhoz, hogy a piacon a szilícium alapú napelemekkel versenyezhessünk, hatékonyabbnak kell lenniük."
A Science február 8-án megjelent tanulmányban, amelyet az US Department Energy és a Nemzeti Tudományos Alapítvány támogatott, a kutatók részletesebben ismertették az alkálifém hagyományos perovszkijekhez való hozzáadásának mechanizmusait.
- Perovskites valóban megváltoztathatja a játékot a napfényben - mondta David Fenning, a California San Diego-i nanoengineering professzora. "Lehetőségük van a költségek csökkentésére anélkül, hogy lemondanának a teljesítményről. De még mindig sokat kell tanulni ezekről az anyagokról."
Ahhoz, hogy megértsük a perovskit kristályokat, hasznos, ha triadként gondolkodunk a kristályszerkezetéről. A triád egy része jellemzően az elemvezetékből van kialakítva. A második jellemzően szerves komponens, például metil-ammónium, és a harmadik gyakran más halogenideket, például brómot és jódot tartalmaz.
Az elmúlt években a kutatók különböző receptek tesztelésére összpontosítottak a jobb hatékonyság elérése érdekében, mint például a jód és a bróm hozzáadása a szerkezet vezető komponenséhez. Később megpróbálták helyettesíteni a céziumot és a rubidiumot a perovszkij részének, amelyet általában a szerves molekulák foglalnak el.
"A korábbi munkákból tudtuk, hogy a cézium és a rubidium hozzáadása a vegyes bróm és jód ólom-perovskithez jobb stabilitást és nagyobb teljesítményt eredményez" - mondta Correa-Baena.
De keveset tudtak arról, hogy az alkálifémek hozzáadásával javultak a perovskitok teljesítménye.
Ahhoz, hogy pontosan megértsük, miért működött, a kutatók nagy intenzitású röntgen térképezést alkalmaztak, hogy megvizsgálják a perovskiteket a nanométerben.
"A perovskit anyagon belüli összetételre nézve láthatjuk, hogy az egyes elemek milyen szerepet játszanak az eszköz teljesítményének javításában" - mondta Yanqi (Grace) Luo, az UC San Diego nanoengenerációs doktorandusz hallgatója.
Megállapították, hogy amikor a céziumot és a rubidiumot hozzáadták a kevert bróm- és jód-ólom-perovskithez, a bróm és a jód homogénebben keveredett össze, ami 2% -kal magasabb konverziós hatékonyságot eredményezett, mint az ilyen adalékanyagok nélkül.
"Megállapítottuk, hogy a kémia és a szerkezet egységessége segít abban, hogy a perovskit napelemje a lehető legteljesebb mértékben működjön" - mondta Fenning. "Bármilyen heterogenitás a gerincben olyan, mint egy gyenge kapcsolat a láncban."
Mégis, a kutatók azt is megfigyelték, hogy míg a rubidium vagy cézium hozzáadásával a bróm és a jód homogénebbé vált, a halogenid fémek a saját kationjukon belül meglehetősen klaszterezettek maradtak, és a napelemben inaktív "halott zónákat" hoztak létre, amelyek nem termelnek áramot.
- Ez meglepő - mondta Fenning. "Ezeknek a halott zónáknak általában meg kell ölnie egy napelemet. Más anyagokban olyan fekete lyukakként működnek, amelyek más régiókból elektronokat szívnak, és soha nem engedik el őket, így elveszíti az áramot és a feszültséget.
"De ezekben a perovszkijben láttuk, hogy a rubidium és cézium körüli halott zónák nem voltak túlságosan károsak a napelemek teljesítményére, bár némi veszteség volt" - mondta Fenning. "Ez megmutatja, hogy ezek az anyagok mennyire robusztusak, de még több lehetőség van a javításra."
Az eredmények hozzájárulnak ahhoz, hogy megértsük, hogyan működnek a perovskit alapú eszközök a nanoméretűek, és megalapozhatják a jövőbeli fejlesztések alapjait.
"Ezek az anyagok nagyon költséghatékonyak és nagy teljesítményt ígérnek, ami elég nagy ahhoz, hogy a fotovoltaikus paneleket széles körben alkalmazzuk" - mondta Correa-Baena. "Meg akarjuk próbálni ellensúlyozni az éghajlatváltozás kérdéseit, így az a cél, hogy a fotovoltaikus cellák a lehető legolcsóbbak legyenek."
