Uuring kirjeldab uudset perovskite tandemit päikese- element, millel on potentsiaal pakkuda odavat ja tõhusamat viisi päikeseenergia kasutamiseks elektrienergia tootmiseks
Meie sõltuvus taastumatutest energiaallikatest energia Nimetatud fossiilkütusteks nagu kivisüsi, nafta ja gaas on inimkonnale ja keskkonnale tohutult negatiivset mõju avaldanud. Fossiilkütuste põletamine suurendab kasvuhooneefekti ja põhjustab globaalset soojenemist, hävitab elupaiku, õhu-, vee- ja maareostust ning mõjutab rahvatervist. Kiiresti on vaja luua säästev tehnoloogia, mis võib aidata võim maailm kasutab puhast energiat. Päikeseenergia tehnoloogia on üks selline meetod, mis suudab ära kasutada päikesevalgust – kõige rikkalikumat taastuvenergiaallikat – ja muuta selle elektrienergiaks või võimsuseks. Soodsad tegurid päikese- energia kasutamise edendamisel on mänginud võtmerolli inimeste ja keskkonna kasuks päikese- energiat.
Räni on valmistamisel tavaliselt kasutatav materjal päikese- rakud sisse päikesepaneelid mis on täna turul saadaval. Fotogalvaaniline protsess päikese- rakud võivad muuta päikesevalguse elektriks ilma täiendavat kütust kasutamata. Räni disain ja efektiivsus päikese- paneelid on aastakümnete jooksul märkimisväärselt paranenud tänu tootmise ja tehnoloogia arengule. Fotogalvaaniline efektiivsus a päikese- rakk on defineeritud kui osa energiast, mis on päikesevalguse kujul ja mida saab muundada elektriks. Fotogalvaanilise energia efektiivsus ja üldkulud on kaks peamist piiravat tegurit päikese- paneelid täna.
Peale räni päikese- rakud, tandem päikese- Saadaval on ka rakke, milles kasutatakse spetsiifilisi rakke, mis on optimeeritud Päikese spektri iga osa jaoks, suurendades seeläbi üldist tõhusust. Materjali, mida nimetatakse perovskiitideks, peetakse paremaks kui räni päikesevalguse suure energiaga siniste footonite, st Päikese spektri teise osa neelamisel. Perovskiidid on polükristalliline materjal (tavaliselt metüülammoonium-plii trihalogeniid (CH3NH3PbX3, kus X on joodi-, broomi- või klooriaatom). Perovskiite on lihtne töödelda päikesevalgust neelavateks kihtideks. Varasemates uuringutes on räni ja perovskiite kombineeritud päikesepatareideks, st ränielemendid. ülaosa, mis suudab neelata kollaseid, punaseid ja lähiinfrapuna footoneid koos perovskiitrakkudega, seega peaaegu kahekordistades energia tootmist.
Uues uuringus avaldatud teadus 3. mail töötasid teadlased esimest korda välja kõik perovskite tandempäikesepatareid, mille efektiivsus on kuni 25 protsenti. Seda materjali nimetatakse plii-tina segatud madala ribaga perovskiitkileks ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA formamidiiniumi jaoks ja MA metüülammooniumi jaoks). Tina puuduseks on see, et ta reageerib õhu hapnikuga, tekitades kristallivõres defekte, mis võivad häirida elektrilaengu liikumist päikese- piirates seeläbi raku efektiivsust. Teadlased leidsid viisi, kuidas vältida perovskiidis sisalduva tina reageerimist hapnikuga. Nad kasutasid keemilist ühendit nimega guanidiiniumtiotsüanaat, et oluliselt parandada plii-tina segatud madala ribalaiusega perovskiitkilede struktuurseid ja optoelektroonilisi omadusi. Guanidiiniumtiotsüanaadi ühend katab perovskiitkristalliidid päikese- imav kile, mis takistab hapniku sisenemist tinaga reageerimiseks. See tõstab koheselt päikesepatarei efektiivsust 18 protsendilt 20 protsendile. Samuti, kui see uus materjal kombineeriti tavapäraselt kasutatava suure imavusega ülemise perovskiitkihiga, tõusis efektiivsus veelgi 25 protsendini.
Käesolevas uuringus kirjeldatakse esimest korda tandempäikesepatareide disaini, kasutades kõiki perovskite õhukesi kilesid ja see tehnoloogia võib ühel päeval asendada päikesepatareides räni. Uus materjal on kvaliteetne, odav ja selle valmistamine lihtsam, samas maksumus on räni ja räni-perovskiit tandemelementidega võrreldes madal. Perovskiidid on räniga võrreldes tehismaterjal ja perovskiidil põhinevad päikesepaneelid on paindlikud, kerged ja poolläbipaistvad. Kuigi praegusel materjalil kulub räni-perovskiittehnoloogia tõhususe ületamiseks veidi aega. Sellegipoolest on perovskiidil põhinevatel polükristallilistel kiledel potentsiaal kujundada tandem-päikesepatareid, mis võivad pakkuda kuni 30-protsendilist efektiivsust, hoides samal ajal muid tegureid takistamatult. Vaja on täiendavaid uuringuid, et muuta materjal vastupidavamaks, stabiilsemaks ja taaskasutatavaks, et vähendada keskkonnamõju. Päikeseenergia sektor on üks kiiremini kasvavaid ja lõppeesmärk on leida paljulubav alternatiiv puhtale energiale.
***
{Saate lugeda esialgset uurimistööd, klõpsates alltoodud allika(te) loendis DOI lingil}
Allikas (d)
Tong J. et al. 2019. aastal > 1 μs kandja eluiga Sn-Pb perovskiitides võimaldab tõhusaid täisperovskiidist tandempäikesepatareisid. Science, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
