Study describes a novel all-perovskite tandem слънчев cell which has the potential to provide inexpensive and more efficient way to harness Sun’s energy to generate electrical power
Нашата зависимост от невъзобновяем източник на енергия наречени изкопаеми горива като въглища, нефт, газ са имали огромно отрицателно въздействие върху човечеството и околната среда. Изгарянето на изкопаеми горива допринася за парниковия ефект и причинява глобално затопляне, унищожава местообитанията, причинява замърсяване на въздуха, водата и земята и засяга общественото здраве. Има спешна нужда от изграждане на устойчива технология, която може да помогне мощност светът използва чиста енергия. Слънчева енергия 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 слънчев energy in terms of benefitting humans and environment have played a key role in promoting use of слънчев енергия.
Силицият е най-често използваният материал за производство слънчев клетки в слънчеви панели that are available in the market today. The photovoltaic process of слънчев cells can transform sunlight into electricity without additional use of any fuel. Design and efficiency of silicon слънчев panels has significantly improved over decades due to advancements in manufacturing and technology. The photovoltaic efficiency of a слънчев 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 слънчев panels today.
Apart from silicon слънчев cells, tandem слънчев 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.
В ново проучване, публикувано в наука 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 слънчев 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 слънчев 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.
Настоящото проучване описва за първи път дизайн на тандемни слънчеви клетки, използващи всички перовскитни тънки филми и тази технология може един ден да замени силиция в слънчевите клетки. Новият материал е с високо качество, евтин е и изработката му е по-проста, докато цената е ниска в сравнение със силициевите и силициево-перовскитните тандемни клетки. Перовскитите са изкуствен материал в сравнение със силиция, а слънчевите панели на базата на перовскити са гъвкави, леки и полупрозрачни. Въпреки че сегашният материал ще отнеме известно време, за да надмине ефективността на силициево-перовскитната технология. Независимо от това, поликристалните филми на базата на перовскит имат потенциал за проектиране на тандемни слънчеви клетки, които биха могли да осигурят ефективност до 30 процента, като същевременно поддържат безпрепятствени други фактори. Необходими са допълнителни проучвания, за да се направи материалът здрав, по-стабилен и също така рециклируем, за да се намали въздействието върху околната среда. Секторът на слънчевата енергия е един от най-бързо развиващите се и крайната цел е да се открие обещаваща алтернатива за чиста енергия.
***
{Можете да прочетете оригиналната изследователска статия, като щракнете върху връзката DOI, дадена по-долу в списъка с цитирани източници}
Източник (и)
Tong J. et al. 2019 г. Животът на носителя от >1 μs в Sn-Pb перовскити позволява ефективни изцяло перовскитни тандемни слънчеви клетки. Наука, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
