Проучването описва нов изцяло перовскитен тандем слънчев клетка, която има потенциала да осигури евтин и по-ефективен начин за използване на слънчевата енергия за генериране на електричество
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 технологията е един такъв метод, който има способността да използва слънчевата светлина – най-изобилният възобновяем източник на енергия – и да я преобразува в електрическа енергия или мощност. Благоприятните фактори на слънчев енергия по отношение на ползите за хората и околната среда са изиграли ключова роля в насърчаването на използването на слънчев енергия.
Силицият е най-често използваният материал за производство слънчев клетки в слънчеви панели които се предлагат на пазара днес. Фотоволтаичният процес на слънчев клетките могат да трансформират слънчевата светлина в електричество без допълнително използване на гориво. Дизайн и ефективност на силиций слънчев панели се е подобрило значително в продължение на десетилетия поради напредъка в производството и технологиите. Фотоволтаичната ефективност на a слънчев клетката се определя като част от енергията, която е под формата на слънчева светлина и която може да се преобразува в електричество. Фотоволтаичната ефективност и общите разходи са двата основни ограничаващи фактора слънчев панели днес.
Освен силиций слънчев клетки, тандем слънчев налични са и клетки, в които се използват специфични клетки, които са оптимизирани за всеки участък от слънчевия спектър, което води до повишаване на общата ефективност. Материал, наречен перовскити, се счита за по-добър от силиция в абсорбирането на високоенергийни сини фотони от слънчевата светлина, т.е. друга част от слънчевия спектър. Перовскитите са поликристален материал (обикновено метиламониев оловен трихалид (CH3NH3PbX3, където X е йоден, бромен или хлорен атом). Перовскитите са лесни за обработка в абсорбиращи слънчевата светлина слоеве. По-ранни проучвания комбинират силиций и перовскити в слънчеви клетки, т.е. силициеви клетки на отгоре, който може да абсорбира жълти, червени и близки инфрачервени фотони заедно с перовскитни клетки, като по този начин почти удвоява производството на енергия.
В ново проучване, публикувано в наука на 3 май изследователите за първи път разработиха всички перовскитни тандемни слънчеви клетки, които дават ефективност до 25 процента. Този материал се нарича перовскитен филм със смесен олово-калай с ниска честотна лента ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA за формамидиний и MA за метиламониум). Калайът има недостатъка да реагира с кислорода от въздуха, създавайки дефекти в кристалната решетка, което може да наруши движението на електрическия заряд в слънчев клетка, като по този начин ограничава ефективността на клетката. Изследователите откриха начин да предотвратят реакцията на калай в перовскит с кислород. Те използваха химическо съединение, наречено гуанидиниев тиоцианат, за значително подобряване на структурните и оптоелектронни свойства на перовскитни филми с нискочестотна междина, смесени от олово и калай. Съединението гуанидиниев тиоцианат покрива перовскитните кристалити в слънчев абсорбиращ филм, като по този начин предотвратява влизането на кислород вътре, за да реагира с калай. Това незабавно повишава ефективността на слънчевата клетка от 18 на 20 процента. Също така, когато този нов материал беше комбиниран с конвенционално използван високоабсорбиращ горен перовскитен слой, ефективността допълнително се увеличи до 25 процента.
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
