Studien beskriver en ny all-perovskite tandem sol- cell som har potential att tillhandahålla ett billigt och mer effektivt sätt att utnyttja solens energi för att generera elektrisk kraft
Vårt beroende av icke-förnybar källa till energi kallas fossila bränslen som kol, olja, gas har haft en enorm negativ inverkan på mänskligheten och miljön. Förbränning av fossila bränslen ökar växthuseffekten och orsakar global uppvärmning, förstör livsmiljöer, orsakar luft-, vatten- och markföroreningar och påverkar folkhälsan. Det finns ett akut behov av att bygga hållbar teknik som kan hjälpa till kraft världen använder ren energi. Solenergi Tekniken är en sådan metod som har förmågan att utnyttja Suns ljus – den vanligaste förnybara energikällan – och omvandla det till elektrisk energi eller kraft. De fördelaktiga faktorerna för sol- energi i termer av att gynna människor och miljö har spelat en nyckelroll för att främja användningen av sol- energi.
Kisel är det vanligaste materialet att tillverka sol- celler i solpaneler som finns på marknaden idag. Den fotovoltaiska processen av sol- celler kan omvandla solljus till elektricitet utan ytterligare användning av något bränsle. Design och effektivitet av kisel sol- paneler har förbättrats avsevärt under decennier på grund av framsteg inom tillverkning och teknik. Solcellseffektiviteten hos en sol- cell definieras som den del av energin som finns i form av solljus och som kan omvandlas till elektricitet. Fotovoltaisk effektivitet och totala kostnader är de två huvudsakliga begränsande faktorerna sol- paneler idag.
Förutom kisel sol- celler, tandem sol- Det finns också celler där specifika celler används som är optimerade för varje sektion av solens spektrum, vilket leder till ökad total effektivitet. Ett material som kallas perovskiter anses vara bättre än kisel när det gäller att absorbera blåa fotoner med hög energi från solljus, dvs en annan del av solens spektrum. Perovskiter är polykristallina material (vanligtvis metylammoniumblytrihalogenid (CH3NH3PbX3, där X är jod-, brom- eller kloratom). Perovskiter är lätta att bearbeta till solljusabsorberande skikt. Tidigare studier har kombinerat kisel och perovskiter till solceller, dvs på att ha kiselcellerna topp som kan absorbera gula, röda och nära infraröda fotoner tillsammans med perovskitceller vilket nästan fördubblar produktionen av kraft.
I en ny studie publicerad i Vetenskap den 3 maj har forskare för första gången utvecklat alla perovskites tandemsolceller som ger en effektivitet på upp till 25 procent. Detta material kallas bly-tenn blandad lågbandspalt perovskitfilm ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA för formamidinium och MA för metylammonium). Tenn har nackdelen att reagera med syre från luft och skapa defekter i det kristallina gallret som kan störa rörelsen av elektrisk laddning i sol- cell och därigenom begränsa cellens effektivitet. Forskare hittade ett sätt att förhindra att tenn i perovskit reagerar med syre. De använde en kemisk förening som heter guanidiniumtiocyanat för att avsevärt förbättra strukturella och optoelektroniska egenskaper hos bly-tennblandade perovskitfilmer med lågt bandgap. Föreningen guanidiniumtiocyanat täcker perovskitkristalliter i sol- absorberande film vilket förhindrar syre från att gå in för att reagera med tenn. Detta ökar genast solcellens effektivitet från 18 till 20 procent. Dessutom, när detta nya material kombinerades med konventionellt använda högabsorberande perovskitskikt, ökade effektiviteten ytterligare till 25 procent.
Den aktuella studien beskriver för första gången design av tandemsolceller med användning av alla tunna filmer av perovskit och denna teknik kan en dag ersätta kisel i solceller. Det nya materialet är av hög kvalitet, är billigt och dess tillverkning är enklare samtidigt som kostnaden är låg jämfört med tandemceller av kisel och kiselperovskiter. Perovskites är konstgjorda material jämfört med kisel och perovskiter baserade solpaneler är flexibla, lätta och halvtransparenta. Även om det nuvarande materialet kommer att ta lite tid att överträffa effektiviteten hos kisel-perovskite-teknik. Ändå har perovskitbaserade polykristallina filmer potentialen att designa tandemsolceller som kan ge en effektivitet på upp till 30 procent samtidigt som andra faktorer hålls obehindrade. Ytterligare studier behövs för att göra materialet robust, mer stabilt och även återvinningsbart för att minska påverkan på miljön. Solenergisektorn är en av de snabbast växande och det slutliga målet är att upptäcka ett lovande alternativ för ren energi.
***
{Du kan läsa den ursprungliga forskningsartikeln genom att klicka på DOI-länken nedan i listan över citerade källor}
Källa (er)
Tong J. et al. 2019 Bärarlivslängder på >1 μs i Sn-Pb-perovskiter möjliggör effektiva all-perovskite tandemsolceller. Science, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
