Study describes a novel all-perovskite tandem sol- cell which has the potential to provide inexpensive and more efficient way to harness Sun’s energy to generate electrical power
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 technology is one such method which has the capability to harness Sun’s light – the most abundant renewable source of energy – and convert it into electrical energy or power. The advantageous factors of sol- energy in terms of benefitting humans and environment have played a key role in promoting use of sol- energi.
Kisel är det vanligaste materialet att tillverka sol- celler i solpaneler that are available in the market today. The photovoltaic process of sol- cells can transform sunlight into electricity without additional use of any fuel. Design and efficiency of silicon sol- panels has significantly improved over decades due to advancements in manufacturing and technology. The photovoltaic efficiency of a sol- cell is defined as the portion of the energy which is in the form of sunlight and which can be converted into electricity. Photovoltaic efficiency and overall costs are the two main limiting factors in sol- panels today.
Apart from silicon sol- cells, tandem sol- cells are also available in which specific cells are used which are optimized for every section of the Sun’s spectrum thereby leading to increase in overall efficiency. A material called perovskites is considered better than silicon in absorbing high-energy blue photons from sunlight i.e. another part of the Sun’s spectrum. Perovskites are polycrystalline material (generally methylammonium lead trihalide (CH3NH3PbX3, where X is iodine, bromine or chlorine atom). Perovskites are easy to process into sunlight-absorbing layers. Earlier studies have combined silicon and perovskites into solar cells i.e. having silicon cells on the top which can absorb yellow, red and near infrared photons along with perovskite cells thus almost doubling the production of power.
I en ny studie publicerad i Vetenskap on May 3 researchers have for the first time developed all perovskites tandem solar cells which give efficiency of up to 25 percent. This material is called lead-tin mixed low-band gap perovskite film ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA for formamidinium and MA for methylammonium). Tin has the disadvantage of reacting with oxygen from air creating defects in the crystalline lattice which can disrupt movement of electrical charge in the sol- cell thereby limiting cell’s efficiency. Researchers found a way to prevent tin in perovskite from reacting with oxygen. They used a chemical compound called guanidinium thiocyanate to significantly improve structural and optoelectronic properties of lead-tin mixed low-band gap perovskite films. The compound guanidinium thiocyanate coats perovskite crystallites in the sol- absorbing film thus preventing oxygen from going inside to react with tin. This straightaway enhances efficiency of the solar cell from 18 to 20 percent. Also, when this new material was combined with conventionally used high-absorbing top perovskite layer, the efficiency further increased to 25 percent.
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
