Pētījums apraksta jaunu visu perovskītu tandēmu saules šūna, kas var nodrošināt lētu un efektīvāku veidu, kā izmantot Saules enerģiju elektroenerģijas ražošanai
Mūsu paļaušanās uz neatjaunojamiem avotiem enerģija To sauc par fosilo kurināmo, piemēram, oglēm, naftu, gāzi, ir bijusi milzīga negatīva ietekme uz cilvēci un vidi. Fosilā kurināmā dedzināšana palielina siltumnīcas efektu un izraisa globālo sasilšanu, iznīcina biotopus, rada gaisa, ūdens un zemes piesārņojumu un ietekmē sabiedrības veselību. Ir steidzami jāizveido ilgtspējīga tehnoloģija, kas varētu palīdzēt jauda pasaule izmanto tīru enerģiju. Saules enerģija tehnoloģija ir viena no šādām metodēm, kas spēj izmantot Saules gaismu – visbagātīgāko atjaunojamo enerģijas avotu – un pārvērst to elektroenerģijā vai enerģijā. Izdevīgie faktori saules enerģijas izmantošanas veicināšanā ir bijusi galvenā loma cilvēku un vides ieguvumu ziņā saules enerģiju.
Silīcijs ir visbiežāk izmantotais materiāls saules šūnas saules paneļi kas šodien ir pieejami tirgū. Fotoelementu process saules šūnas var pārveidot saules gaismu elektrībā, neizmantojot papildu degvielu. Silīcija dizains un efektivitāte saules paneļi gadu desmitiem ir ievērojami uzlabojušies, pateicoties ražošanas un tehnoloģiju attīstībai. Fotoelementu efektivitāte a saules šūna ir definēta kā enerģijas daļa, kas ir saules gaismas veidā un ko var pārvērst elektrībā. Fotoelementu efektivitāte un kopējās izmaksas ir divi galvenie ierobežojošie faktori saules paneļi šodien.
Izņemot silīciju saules šūnas, tandēms saules ir pieejamas arī šūnas, kurās tiek izmantotas īpašas šūnas, kas ir optimizētas katrai Saules spektra sadaļai, tādējādi palielinot kopējo efektivitāti. Materiāls, ko sauc par perovskītiem, tiek uzskatīts par labāku par silīciju, absorbējot augstas enerģijas zilos fotonus no saules gaismas, ti, citu Saules spektra daļu. Perovskīti ir polikristālisks materiāls (parasti metilamonija svina trihalogenīds (CH3NH3PbX3, kur X ir joda, broma vai hlora atoms). Perovskīti ir viegli pārstrādājami saules gaismu absorbējošos slāņos. Agrākos pētījumos silīcijs un perovskīti ir apvienoti saules baterijās, ti, uz tiem ir silīcija šūnas. augšdaļa, kas var absorbēt dzeltenos, sarkanos un tuvu infrasarkanos fotonus kopā ar perovskīta šūnām, tādējādi gandrīz dubultojot enerģijas ražošanu.
Jaunā pētījumā, kas publicēts Zinātne 3. maijā pētnieki pirmo reizi ir izstrādājuši visas perovskīta tandēma saules baterijas, kuru efektivitāte ir līdz 25 procentiem. Šo materiālu sauc par svina-alvas jauktu zemas joslas spraugas perovskīta plēvi ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA formamidīnijam un MA metilamonijam). Alvas trūkums ir tas, ka tā reaģē ar skābekli no gaisa, radot defektus kristāliskajā režģī, kas var traucēt elektriskā lādiņa kustību saules šūna, tādējādi ierobežojot šūnas efektivitāti. Pētnieki atrada veidu, kā novērst perovskīta alvas reakciju ar skābekli. Viņi izmantoja ķīmisku savienojumu, ko sauc par guanidīnija tiocianātu, lai ievērojami uzlabotu svina un alvas jauktu zemas joslas perovskīta plēvju strukturālās un optoelektroniskās īpašības. Guanidīnija tiocianāta savienojums pārklāj perovskīta kristalītus saules absorbējošo plēvi, tādējādi novēršot skābekļa nonākšanu iekšā, lai reaģētu ar alvu. Tas uzreiz palielina saules baterijas efektivitāti no 18 līdz 20 procentiem. Turklāt, kad šis jaunais materiāls tika apvienots ar tradicionāli izmantoto augsti absorbējošu perovskīta augšējo slāni, efektivitāte vēl vairāk palielinājās līdz 25 procentiem.
Pašreizējais pētījums pirmo reizi apraksta tandēma saules bateriju dizainu, izmantojot visas perovskīta plānās plēves, un šī tehnoloģija kādu dienu varētu aizstāt silīciju saules baterijās. Jaunais materiāls ir kvalitatīvs, lēts un tā izgatavošana ir vienkāršāka, savukārt izmaksas ir zemas salīdzinājumā ar silīcija un silīcija-perovskīta tandēma šūnām. Perovskīti ir mākslīgs materiāls, salīdzinot ar silīciju, un perovskīta bāzes saules paneļi ir elastīgi, viegli un daļēji caurspīdīgi. Lai gan pašreizējam materiālam būs vajadzīgs zināms laiks, lai pārspētu silīcija perovskīta tehnoloģijas efektivitāti. Neskatoties uz to, uz perovskīta bāzes izgatavotām polikristāliskām plēvēm ir potenciāls veidot tandēma saules baterijas, kas varētu nodrošināt efektivitāti līdz 30 procentiem, vienlaikus netraucējot citus faktorus. Ir nepieciešami turpmāki pētījumi, lai padarītu materiālu izturīgāku, stabilāku un arī pārstrādājamu, lai samazinātu ietekmi uz vidi. Saules enerģijas nozare ir viena no visstraujāk augošajām, un galvenais mērķis ir atklāt daudzsološu alternatīvu tīrai enerģijai.
***
{Jūs varat izlasīt oriģinālo pētījumu, noklikšķinot uz DOI saites, kas norādīta tālāk citēto avotu sarakstā}
Avots (-i)
Tong J. et al. 2019. gads, kad nesēja kalpošanas laiks > 1 μs Sn-Pb perovskītos nodrošina efektīvas pilna perovskīta tandēma saules baterijas. Zinātne, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
