Tyrimas aprašo naują viso perovskito tandemą saulės elementas, kuris gali būti nebrangus ir efektyvesnis būdas panaudoti saulės energiją elektros energijai gaminti
Mūsų priklausomybė nuo neatsinaujinančių šaltinių energija vadinamas iškastiniu kuru, kaip antai anglis, nafta, dujos, turėjo didžiulį neigiamą poveikį žmonijai ir aplinkai. Iškastinio kuro deginimas padidina šiltnamio efektą ir sukelia visuotinį atšilimą, naikina buveines, teršia orą, vandenį ir žemę bei daro įtaką visuomenės sveikatai. Skubiai reikia sukurti tvarią technologiją, kuri galėtų padėti galia pasaulis naudoja švarią energiją. Saulės energija technologija yra vienas iš tokių metodų, galinčių panaudoti Saulės šviesą – gausiausią atsinaujinančios energijos šaltinį – ir paversti ją elektros energija arba energija. Naudingi veiksniai saulės energijos naudojimas žmonėms ir aplinkai suvaidino pagrindinį vaidmenį skatinant naudojimą saulės energija.
Silicis yra dažniausiai naudojama medžiaga saulės ląstelių saulės kolektorių kurios šiandien yra rinkoje. Fotovoltinis procesas saulės ląstelės gali paversti saulės šviesą elektra papildomai nenaudodamos jokio kuro. Silicio dizainas ir efektyvumas saulės plokštės per dešimtmečius gerokai patobulėjo dėl gamybos ir technologijų pažangos. Fotovoltinis efektyvumas a saulės ląstelė apibrėžiama kaip energijos dalis, kuri yra saulės šviesos pavidalu ir gali būti paversta elektra. Fotovoltinės energijos efektyvumas ir bendros išlaidos yra du pagrindiniai ribojantys veiksniai saulės plokštės šiandien.
Neskaitant silicio saulės ląstelės, tandemas saulės Taip pat yra elementų, kuriuose naudojami specifiniai elementai, optimizuoti kiekvienai Saulės spektro daliai, todėl padidėja bendras efektyvumas. Manoma, kad medžiaga, vadinama perovskitais, geriau nei silicis sugeria didelės energijos mėlynus fotonus iš saulės šviesos, ty kitą Saulės spektro dalį. Perovskitai yra polikristalinė medžiaga (dažniausiai metilamonio švino trihalogenidas (CH3NH3PbX3, kur X yra jodo, bromo arba chloro atomas). Perovskitus lengva perdirbti į saulės šviesą sugeriančius sluoksnius. Ankstesni tyrimai sujungė silicį ir perovskitus į saulės elementus, ty turi silicio elementus ant jų. viršus, kuris gali sugerti geltonus, raudonus ir artimuosius infraraudonuosius fotonus kartu su perovskito ląstelėmis, taip beveik padvigubinant energijos gamybą.
Naujame tyrime, paskelbtame XNUMX m Mokslas gegužės 3 d., mokslininkai pirmą kartą sukūrė visus perovskitinius tandeminius saulės elementus, kurių efektyvumas siekia iki 25 proc. Ši medžiaga vadinama švino ir alavo mišriąja žemos juostos perovskito plėvele ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA – formamidiniui ir MA – metilamoniui). Alavas turi trūkumą, nes jis reaguoja su deguonimi iš oro ir sukuria kristalinės gardelės defektus, kurie gali sutrikdyti elektros krūvio judėjimą saulės ląstelė, taip apribodama ląstelės efektyvumą. Tyrėjai rado būdą, kaip neleisti perovskite esančiam alavui reaguoti su deguonimi. Jie naudojo cheminį junginį, vadinamą guanidinio tiocianatu, kad žymiai pagerintų švino ir alavo mišrių žemos juostos perovskito plėvelių struktūrines ir optoelektronines savybes. Guanidinio tiocianato junginys padengia perovskito kristalitus saulės sugeriančią plėvelę, neleidžiančią deguoniui patekti į vidų ir reaguoti su alavu. Tai iš karto padidina saulės elemento efektyvumą nuo 18 iki 20 procentų. Taip pat, kai ši nauja medžiaga buvo sujungta su įprastai naudojamu gerai sugeriančiu viršutiniu perovskito sluoksniu, efektyvumas dar padidėjo iki 25 proc.
Šiame tyrime pirmą kartą aprašomas tandeminių saulės elementų dizainas, naudojant visas perovskito plonąsias plėveles, ir ši technologija vieną dieną galėtų pakeisti silicį saulės elementuose. Nauja medžiaga yra aukštos kokybės, nebrangi, jos gamyba paprastesnė, o kaina yra maža, palyginti su silicio ir silicio-perovskito tandeminėmis ląstelėmis. Perovskitai yra dirbtinė medžiaga, palyginti su siliciu, o perovskito pagrindu pagamintos saulės baterijos yra lanksčios, lengvos ir pusiau skaidrios. Nors dabartinė medžiaga turės šiek tiek laiko pranokti silicio perovskito technologijos efektyvumą. Nepaisant to, perovskito pagrindu pagamintos polikristalinės plėvelės gali sukurti tandeminius saulės elementus, kurių efektyvumas gali siekti iki 30 procentų, kartu netrukdant kitiems veiksniams. Norint sumažinti poveikį aplinkai, reikia atlikti tolesnius tyrimus, kad medžiaga būtų tvirtesnė, stabilesnė ir perdirbama. Saulės energijos sektorius yra vienas sparčiausiai augančių, o pagrindinis tikslas – atrasti perspektyvią švarios energijos alternatyvą.
***
{Galite perskaityti pradinį tyrimo dokumentą spustelėję toliau pateiktą DOI nuorodą cituojamų šaltinių sąraše}
Šaltiniai)
Tong J. ir kt. 2019 m. > 1 μs Sn-Pb perovskitų nešiklio eksploatavimo laikas leidžia efektyviai naudoti perovskitinius tandeminius saulės elementus. Mokslas, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
