Undersøgelse beskriver en ny all-perovskite tandem sol celle, som har potentialet til at give en billig og mere effektiv måde at udnytte solens energi til at generere elektrisk strøm
Vores afhængighed af ikke-vedvarende kilde til energi kaldet fossile brændstoffer såsom kul, olie, har gas haft en enorm negativ indvirkning på menneskeheden og miljøet. Afbrænding af fossile brændstoffer øger drivhuseffekten og forårsager global opvarmning, ødelægger levesteder, forårsager luft-, vand- og jordforurening og påvirker folkesundheden. Der er et presserende behov for at bygge bæredygtig teknologi, som kan hjælpe til magt verden ved at bruge ren energi. Solenergi teknologi er en sådan metode, som har evnen til at udnytte Suns lys – den mest udbredte vedvarende energikilde – og omdanne det til elektrisk energi eller strøm. De fordelagtige faktorer ved sol energi i form af gavn for mennesker og miljø har spillet en nøglerolle i at fremme brugen af sol energi.
Silicium er det almindeligt anvendte materiale til fremstilling sol celler i Solpaneler der er tilgængelige på markedet i dag. Den fotovoltaiske proces af sol celler kan omdanne sollys til elektricitet uden yderligere brug af brændstof. Design og effektivitet af silicium sol paneler er blevet væsentligt forbedret gennem årtier på grund af fremskridt inden for fremstilling og teknologi. Den fotovoltaiske effektivitet af en sol celle er defineret som den del af energien, der er i form af sollys, og som kan omdannes til elektricitet. Fotovoltaisk effektivitet og samlede omkostninger er de to vigtigste begrænsende faktorer i sol paneler i dag.
Bortset fra silicium sol celler, tandem sol Der findes også celler, hvor der bruges specifikke celler, som er optimeret til hver sektion af solens spektrum, hvilket fører til en stigning i den samlede effektivitet. Et materiale kaldet perovskites anses for at være bedre end silicium til at absorbere højenergi blå fotoner fra sollys, dvs. en anden del af Solens spektrum. Perovskitter er polykrystallinsk materiale (generelt methylammoniumblytrihalogenid (CH3NH3PbX3, hvor X er jod-, brom- eller kloratom). Perovskiter er nemme at forarbejde til sollysabsorberende lag. Tidligere undersøgelser har kombineret silicium og perovskiter til solceller, dvs. på at have siliciumcellerne top som kan absorbere gule, røde og nær infrarøde fotoner sammen med perovskitceller og dermed næsten fordoble produktionen af strøm.
I en ny undersøgelse offentliggjort i Videnskab den 3. maj har forskere for første gang udviklet alle perovskites tandem solceller, som giver en effektivitet på op til 25 procent. Dette materiale kaldes bly-tin blandet lavbåndsgab perovskitfilm ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA for formamidinium og MA for methylammonium). Tin har den ulempe, at det reagerer med ilt fra luft og skaber defekter i det krystallinske gitter, som kan forstyrre bevægelse af elektrisk ladning i sol celle og derved begrænse cellens effektivitet. Forskere fandt en måde at forhindre tin i perovskit i at reagere med ilt. De brugte en kemisk forbindelse kaldet guanidiniumthiocyanat til væsentligt at forbedre de strukturelle og optoelektroniske egenskaber af bly-tin blandede lavbåndsgab perovskitfilm. Forbindelsen guanidiniumthiocyanat overtrækker perovskitkrystallitter i sol absorberende film og forhindrer dermed ilt i at gå ind for at reagere med tin. Dette øger med det samme solcellens effektivitet fra 18 til 20 procent. Da dette nye materiale blev kombineret med konventionelt brugt højabsorberende topperovskitlag, steg effektiviteten yderligere til 25 procent.
Den nuværende undersøgelse beskriver for første gang design af tandemsolceller, der bruger alle perovskit tyndfilm, og denne teknologi kan en dag erstatte silicium i solceller. Det nye materiale er af høj kvalitet, er billigt og dets fremstilling er enklere, mens omkostningerne er lave sammenlignet med silicium og silicium-perovskites tandemceller. Perovskites er menneskeskabte materiale sammenlignet med silicium, og perovskites baserede solpaneler er fleksible, lette og semi-transparente. Selvom det nuværende materiale vil tage noget tid at overgå effektiviteten af silicium-perovskite-teknologi. Ikke desto mindre har perovskit-baserede polykrystallinske film potentialet til at designe tandemsolceller, som kan give en effektivitet på op til 30 procent og samtidig holde andre faktorer uhindret. Yderligere undersøgelser er nødvendige for at gøre materialet robust, mere stabilt og også genanvendeligt for at reducere påvirkningen af miljøet. Solenergisektoren er en af de hurtigst voksende, og det ultimative mål er at finde et lovende alternativ til ren energi.
***
{Du kan læse den originale forskningsartikel ved at klikke på DOI-linket nedenfor på listen over citerede kilder}
Kilde (r)
Tong J. et al. 2019 Carrier-levetider på >1 μs i Sn-Pb perovskites muliggør effektive all-perovskite tandem solceller. Science, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
