Η μελέτη περιγράφει μια νέα σειρά από περοβσκίτη ηλιακός κυψέλη που έχει τη δυνατότητα να παρέχει φθηνό και πιο αποτελεσματικό τρόπο αξιοποίησης της ενέργειας του Ήλιου για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας
Η εξάρτησή μας από μη ανανεώσιμη πηγή ενέργεια που ονομάζονται ορυκτά καύσιμα, όπως ο άνθρακας, το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο, είχε τρομερή αρνητική επίδραση στην ανθρωπότητα και το περιβάλλον. Η καύση ορυκτών καυσίμων αυξάνει το φαινόμενο του θερμοκηπίου και προκαλεί υπερθέρμανση του πλανήτη, καταστρέφει τα ενδιαιτήματα, προκαλεί ρύπανση του αέρα, των υδάτων και της γης και επηρεάζει τη δημόσια υγεία. Υπάρχει επείγουσα ανάγκη δημιουργίας βιώσιμης τεχνολογίας που μπορεί να βοηθήσει δύναμη ο κόσμος χρησιμοποιεί καθαρή ενέργεια. Ηλιακή ενέργεια Η τεχνολογία είναι μια τέτοια μέθοδος που έχει την ικανότητα να αξιοποιεί το φως του Ήλιου – την πιο άφθονη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας – και να το μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια ή ενέργεια. Οι πλεονεκτικοί παράγοντες του ηλιακός ενέργειας από την άποψη της ωφέλειας του ανθρώπου και του περιβάλλοντος έχουν παίξει καθοριστικό ρόλο στην προώθηση της χρήσης ηλιακός ενέργεια.
Το πυρίτιο είναι το υλικό που χρησιμοποιείται συνήθως για την κατασκευή ηλιακός κελιά σε ηλιακούς συλλέκτες που είναι διαθέσιμα στην αγορά σήμερα. Η φωτοβολταϊκή διαδικασία του ηλιακός Οι κυψέλες μπορούν να μετατρέψουν το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια χωρίς πρόσθετη χρήση καυσίμου. Σχεδιασμός και απόδοση πυριτίου ηλιακός Τα πάνελ έχουν βελτιωθεί σημαντικά με τις δεκαετίες λόγω των προόδων στην κατασκευή και την τεχνολογία. Η φωτοβολταϊκή απόδοση α ηλιακός Το κύτταρο ορίζεται ως το μέρος της ενέργειας που έχει τη μορφή ηλιακού φωτός και το οποίο μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια. Η απόδοση των φωτοβολταϊκών και το συνολικό κόστος είναι οι δύο κύριοι περιοριστικοί παράγοντες ηλιακός πάνελ σήμερα.
Εκτός από το πυρίτιο ηλιακός κύτταρα, διαδοχικά ηλιακός Διατίθενται επίσης κελιά στα οποία χρησιμοποιούνται συγκεκριμένα κελιά τα οποία είναι βελτιστοποιημένα για κάθε τμήμα του φάσματος του Ήλιου, οδηγώντας έτσι σε αύξηση της συνολικής απόδοσης. Ένα υλικό που ονομάζεται περοβσκίτες θεωρείται καλύτερο από το πυρίτιο στην απορρόφηση μπλε φωτονίων υψηλής ενέργειας από το ηλιακό φως, δηλαδή ένα άλλο μέρος του φάσματος του Ήλιου. Οι περοβσκίτες είναι πολυκρυσταλλικό υλικό (γενικά τριαλογονίδιο μολύβδου μεθυλαμμωνίου (CH3NH3PbX3, όπου το Χ είναι άτομο ιωδίου, βρωμίου ή χλωρίου). Οι περοβσκίτες επεξεργάζονται εύκολα σε στρώματα που απορροφούν το ηλιακό φως. Προηγούμενες μελέτες έχουν συνδυάσει πυρίτιο και περοβσκίτες σε ηλιακές κυψέλες, δηλαδή με κυψέλες πυριτίου σε κορυφή που μπορεί να απορροφήσει κίτρινα, κόκκινα και κοντά στο υπέρυθρο φωτόνια μαζί με κύτταρα περοβσκίτη διπλασιάζοντας έτσι σχεδόν την παραγωγή ισχύος.
Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Επιστήμη Στις 3 Μαΐου, οι ερευνητές ανέπτυξαν για πρώτη φορά όλα τα διαδοχικά ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη που δίνουν απόδοση έως και 25 τοις εκατό. Αυτό το υλικό ονομάζεται μικτό φιλμ περοβσκίτη με διάκενο χαμηλής ζώνης μολύβδου-κασσιτέρου ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA για φορμαμιδίνιο και ΜΑ για μεθυλαμμώνιο). Ο κασσίτερος έχει το μειονέκτημα ότι αντιδρά με το οξυγόνο από τον αέρα δημιουργώντας ελαττώματα στο κρυσταλλικό πλέγμα που μπορεί να διαταράξει την κίνηση του ηλεκτρικού φορτίου στο ηλιακός περιορίζοντας έτσι την αποτελεσματικότητα του κυττάρου. Οι ερευνητές βρήκαν έναν τρόπο να αποτρέψουν την αντίδραση του κασσίτερου στον περοβσκίτη με το οξυγόνο. Χρησιμοποίησαν μια χημική ένωση που ονομάζεται θειοκυανικό γουανιδίνιο για να βελτιώσουν σημαντικά τις δομικές και οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες των μεμβρανών περοβσκίτη μικτών μολύβδου-κασσιτέρου χαμηλής ζώνης. Η ένωση θειοκυανικό γουανιδίνιο επικαλύπτει κρυσταλλίτες περοβσκίτη στο ηλιακός απορροφώντας φιλμ, εμποδίζοντας έτσι το οξυγόνο να μπει μέσα για να αντιδράσει με τον κασσίτερο. Αυτό ενισχύει άμεσα την απόδοση της ηλιακής κυψέλης από 18 σε 20 τοις εκατό. Επίσης, όταν αυτό το νέο υλικό συνδυάστηκε με συμβατικά χρησιμοποιούμενο ανώτερο στρώμα περοβσκίτη υψηλής απορρόφησης, η απόδοση αυξήθηκε περαιτέρω στο 25 τοις εκατό.
Η τρέχουσα μελέτη περιγράφει για πρώτη φορά σχεδιασμό διαδοχικών ηλιακών κυψελών χρησιμοποιώντας όλες τις λεπτές μεμβράνες περοβσκίτη και αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε κάποια μέρα να αντικαταστήσει το πυρίτιο στα ηλιακά κύτταρα. Το νέο υλικό είναι υψηλής ποιότητας, είναι φθηνό και η κατασκευή του είναι απλούστερη ενώ το κόστος είναι χαμηλό σε σύγκριση με τα διπλά κύτταρα πυριτίου και πυριτίου-περοβσκίτη. Οι περοβσκίτες είναι τεχνητό υλικό σε σύγκριση με το πυρίτιο και οι ηλιακοί συλλέκτες με βάση τους περοβσκίτες είναι εύκαμπτοι, ελαφροί και ημιδιαφανείς. Αν και το τρέχον υλικό θα χρειαστεί λίγο χρόνο για να ξεπεράσει την αποτελεσματικότητα της τεχνολογίας πυριτίου-περοβσκίτη. Ωστόσο, οι πολυκρυσταλλικές μεμβράνες με βάση τον περοβσκίτη έχουν τη δυνατότητα να σχεδιάσουν σειρές ηλιακών κυψελών που θα μπορούσαν να παρέχουν απόδοση έως και 30%, ενώ διατηρούν απρόσκοπτα άλλους παράγοντες. Απαιτούνται περαιτέρω μελέτες για να γίνει το υλικό στιβαρό, πιο σταθερό και επίσης ανακυκλώσιμο για τη μείωση των επιπτώσεων στο περιβάλλον. Ο τομέας της ηλιακής ενέργειας είναι ένας από τους ταχύτερα αναπτυσσόμενους και ο απώτερος στόχος είναι η ανακάλυψη μιας πολλά υποσχόμενης εναλλακτικής για την καθαρή ενέργεια.
***
{Μπορείτε να διαβάσετε την αρχική ερευνητική εργασία κάνοντας κλικ στον σύνδεσμο DOI που δίνεται παρακάτω στη λίστα των αναφερόμενων πηγών}
Πηγές)
Tong J. et al. Διάρκεια ζωής φορέα 2019 >1 μs σε περοβσκίτες Sn-Pb επιτρέπουν αποτελεσματικά διαδοχικά ηλιακά κύτταρα all-perovskite. Science, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
