Дослідження описує новий повністю перовскітний тандем сонячний елемент, який має потенціал для забезпечення недорогого та ефективнішого способу використання енергії Сонця для виробництва електроенергії
Наша залежність від невідновлюваних джерел енергія Викопне паливо, таке як вугілля, нафта, газ справило величезний негативний вплив на людство та навколишнє середовище. Спалювання викопного палива посилює парниковий ефект і спричиняє глобальне потепління, руйнує середовище проживання, спричиняє забруднення повітря, води та землі та впливає на здоров’я населення. Існує нагальна потреба у створенні стійких технологій, які можуть допомогти влада світ використовує чисту енергію. Сонячна енергія технологія є одним із таких методів, який має можливість використовувати сонячне світло – найпоширеніше відновлюване джерело енергії – і перетворювати його в електричну енергію або потужність. Переважні фактори сонячний енергії з точки зору користі для людей і навколишнього середовища відіграли ключову роль у сприянні використанню сонячний енергії.
Силіцій є найпоширенішим матеріалом для виготовлення сонячний клітини в сонячних панелей які доступні сьогодні на ринку. Фотоелектричний процес сонячний клітини можуть перетворювати сонячне світло в електрику без додаткового використання палива. Конструкція та ефективність кремнію сонячний панелі значно покращилися протягом десятиліть завдяки прогресу у виробництві та технології. Фотоелектрична ефективність a сонячний Елемент визначається як частина енергії, яка знаходиться у формі сонячного світла і яку можна перетворити на електрику. Ефективність фотоелектричної енергії та загальні витрати є двома основними обмежуючими факторами сонячний панелей сьогодні.
Крім кремнію сонячний клітини, тандем сонячний також доступні комірки, в яких використовуються спеціальні комірки, які оптимізовані для кожної ділянки спектру Сонця, що призводить до збільшення загальної ефективності. Матеріал під назвою перовскіти вважається кращим за кремній у поглинанні високоенергетичних синіх фотонів сонячного світла, тобто іншої частини сонячного спектру. Перовскіти — це полікристалічний матеріал (зазвичай тригалогенід свинцю метиламонію (CH3NH3PbX3, де X — атом йоду, брому або хлору). Перовскіти легко перетворюються на шари, що поглинають сонячне світло. Раніше дослідження об’єднували кремній і перовскіти в сонячні елементи, тобто кремнієві елементи на поверхні top, який може поглинати жовті, червоні та ближні інфрачервоні фотони разом із перовскітними клітинами, таким чином майже подвоюючи виробництво енергії.
У новому дослідженні, опублікованому в наука 3 травня дослідники вперше розробили всі перовскітові тандемні сонячні елементи, які дають ефективність до 25 відсотків. Цей матеріал називається змішаною свинцево-олов’яною низькозонною перовскітовою плівкою ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA для формамідинію та MA для метиламонію). Недоліком олова є те, що він реагує з киснем повітря, створюючи дефекти в кристалічній решітці, що може порушити рух електричного заряду в сонячний клітини, тим самим обмежуючи ефективність клітини. Дослідники знайшли спосіб запобігти реакції олова в перовскіті з киснем. Вони використовували хімічну сполуку під назвою тіоціанат гуанідинію, щоб значно покращити структурні та оптоелектронні властивості змішаних перовскітових плівок свинцю та олова з низькою забороненою зоною. Сполука тіоціанат гуанідинію покриває кристаліти перовскіту в сонячний поглинаюча плівка, таким чином запобігаючи потраплянню кисню всередину для реакції з оловом. Це відразу підвищує ефективність сонячної батареї з 18 до 20 відсотків. Крім того, коли цей новий матеріал поєднали з традиційним верхнім шаром перовскіту з високим поглинанням, ефективність ще більше зросла до 25 відсотків.
Нинішнє дослідження вперше описує дизайн тандемних сонячних елементів із використанням усіх тонких плівок перовскіту, і ця технологія може одного дня замінити кремній у сонячних елементах. Новий матеріал високоякісний, недорогий, його виготовлення простіше, а вартість низька в порівнянні з тандемними елементами кремнію та силіцій-перовскіт. Перовскіти є штучним матеріалом у порівнянні з кремнієм, а сонячні панелі на основі перовскіту гнучкі, легкі та напівпрозорі. Хоча нинішньому матеріалу знадобиться деякий час, щоб перевершити ефективність кремнієво-перовскітної технології. Тим не менш, полікристалічні плівки на основі перовскіту мають потенціал для створення тандемних сонячних елементів, які могли б забезпечити ефективність до 30 відсотків, зберігаючи при цьому інші фактори безперешкодно. Потрібні подальші дослідження, щоб зробити матеріал міцним, стабільнішим, а також придатним для вторинної переробки, щоб зменшити вплив на навколишнє середовище. Сектор сонячної енергетики є одним із найбільш швидкозростаючих, і кінцевою метою є виявлення перспективної альтернативи для чистої енергії.
***
{Ви можете прочитати оригінальну дослідницьку роботу, натиснувши посилання DOI, наведене нижче в списку цитованих джерел(ів)}
Джерела
Тонг Дж. та ін. 2019 Тривалість життя носіїв >1 мкс у перовскітах Sn-Pb забезпечують ефективні повністю перовскітні тандемні сонячні елементи. наук, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
