Izvor: sciencedaily
Istraživač na Georgia Tech ima solarnu ćeliju na bazi perovskita, koja je fleksibilna i lakša od silikonskih verzija.
Autor: Rob Felt, Georgia Tech
Puno se voljeti u vezi solarnih ćelija na bazi perovskita. Oni su jednostavni i jeftini za proizvodnju, nude fleksibilnost koja može otkriti širok novi raspon metoda i mjesta za instalaciju, a posljednjih godina su dostigli energetsku efikasnost koja se približava onima tradicionalnih silikonskih ćelija.
Međutim, otkriće kako proizvoditi energetske uređaje na bazi perovskita koji traju duže od par mjeseci bio je izazov.
Sada su istraživači sa Tehnološkog instituta u Džordžiji, Univerziteta Kalifornije, San Dijega i Tehnološkog instituta u Masačusetsu, izvijestili o novim spoznajama o solarnim ćelijama perovskita koje bi mogle dovesti do uređaja koji bolje funkcioniraju.
"Perovskit solarne ćelije nude mnogo potencijalnih prednosti jer su izuzetno lagane i mogu se napraviti sa fleksibilnim plastičnim podlogama", rekao je Juan-Pablo Correa-Baena, asistent profesora na Gruzijskoj tehničkoj školi za nauku o materijalima i inženjerstvo. "Da bi bili u stanju da se takmiče na tržištu sa solarnim ćelijama baziranim na silicijumu, međutim, one moraju biti efikasnije."
U studiji koja je objavljena 8. februara u časopisu Science i koju su sponzorisali američki Odjel za energiju i Nacionalna zaklada za nauku, istraživači su detaljnije opisali mehanizme kako dodavanje alkalnog metala tradicionalnim perovskitima dovodi do boljeg učinka.
"Perovskiti bi zaista mogli da promene igru u solarnoj energiji", rekao je David Fenning, profesor nanoinženjeringa na Univerzitetu Kalifornija u San Diegu. "Oni imaju potencijal da smanje troškove bez odustajanja od učinka. Ali još uvijek ima mnogo toga da se nauči fundamentalno o tim materijalima."
Da bismo razumeli perovskit kristale, korisno je misliti na njegovu kristalnu strukturu kao na trijadu. Jedan dio triade tipično se formira od elementa olova. Drugi tipično se sastoji od organske komponente kao što je metilamonij, a treći se često sastoji od drugih halida kao što su brom i jod.
Poslednjih godina, istraživači su se fokusirali na testiranje različitih receptura kako bi se postigla bolja efikasnost, kao što je dodavanje joda i broma glavnoj komponenti strukture. Kasnije su pokušali da zamene cezijum i rubidijum delom perovskita koji obično zauzimaju organski molekuli.
"Od ranije smo znali da dodavanje cezijuma i rubidijuma u mešani brom i jodov perovskit dovodi do bolje stabilnosti i boljih performansi", rekao je Correa-Baena.
Ali malo se znalo zašto je dodavanje tih alkalnih metala poboljšalo performanse perovskita.
Da bi tačno shvatili zašto se to činilo, istraživači su koristili rendgensko mapiranje visokog intenziteta kako bi ispitali perovskite na nanoskali.
"Gledajući kompoziciju unutar perovskit materijala, možemo vidjeti kako svaki pojedinačni element igra ulogu u poboljšanju performansi uređaja", rekao je Yanqi (Grace) Luo, student na doktorskim studijama na UC San Diego.
Otkrili su da kada se cezijum i rubidijum dodaju mešanom bromu i jodovom olovnom perovskitu, dolazi do mešanja broma i joda više homogeno, što dovodi do 2% veće efikasnosti konverzije od materijala bez ovih aditiva.
"Otkrili smo da je uniformnost u hemiji i strukturi ono što pomaže da perovskit solarne ćelije rade u svom punom potencijalu", rekao je Fenning. "Svaka heterogenost u toj okosnici je kao slaba karika u lancu."
Uprkos tome, istraživači su takođe primetili da dok dodavanje rubidijuma ili cezijuma izaziva homogenost broma i joda, sami halidni metali u okviru svog kationa ostaju prilično grupisani, stvarajući neaktivne "mrtve zone" u solarnoj ćeliji koje ne proizvode struju.
"Ovo je bilo iznenađujuće", rekao je Fenning. "Kada bi te mrtve zone obično ubile solarnu ćeliju. U drugim materijalima, one se ponašaju kao crne rupe koje usisavaju elektrone iz drugih regiona i nikada ih ne puštaju, tako da gubite struju i napon.
"Ali u ovim perovskitima, videli smo da mrtve zone oko rubidijuma i cezijuma nisu bile previše štetne za performanse solarnih ćelija, iako je bilo nekih gubitaka", rekao je Fenning. "Ovo pokazuje koliko su ti materijali robusni, ali i da postoji još više mogućnosti za poboljšanje."
Nalazi doprinose razumijevanju načina na koji uređaji na bazi perovskita rade na nanoskali i mogu postaviti temelje za buduća poboljšanja.
"Ovi materijali obećavaju da će biti veoma isplativi i visokoučinkoviti, što je prilično mnogo ono što nam je potrebno da bi se osiguralo da se fotonaponski paneli široko koriste", rekao je Correa-Baena. "Želimo da pokušamo da nadoknadimo probleme klimatskih promjena, pa je ideja da imamo fotonaponske ćelije koje su što jeftinije."
