...

Ultracienkie ogniwa perowskitowe zyskują na sile

30 listopada 2021
Ultracienkie ogniwa perowskitowe zyskują na sile

Naukowcy z Rice University odkryli, że związek perowskitu 2D ma odpowiednie właściwości, aby rzucić wyzwanie bardziej masowym produktom.

Inżynierowie z Rice University osiągnęli nowy punkt odniesienia w projektowaniu atomowo cienkich ogniw słonecznych wykonanych z półprzewodnikowych perowskitów, zwiększając ich wydajność przy jednoczesnym zachowaniu ich odporności na warunki środowiskowe.

Profesor Aditya Mohite z George R. Brown School of Engineering z Rice odkrył, że samo światło słoneczne kurczy przestrzeń między warstwami atomowymi w perowskitach 2D na tyle, aby poprawić wydajność fotowoltaiczną materiału nawet o 18%, co jest zdumiewającym skokiem w dziedzinie, w której często dokonuje się postępu mierzonego w ułamkach procentowych.

W ciągu 10 lat wydajność perowskitów wzrosła z około 3% do ponad 25% – powiedział Mohite. – Innym półprzewodnikom zajęło to około 60 lat. Dlatego jesteśmy tak podekscytowani.

Perowskity to związki, które mają sześcienne sieci krystaliczne i są bardzo wydajnymi zbieraczami światła. Ich potencjał jest znany od lat, ale stanowią zagadkę: są dobre w przekształcaniu światła słonecznego w energię, ale światło słoneczne i wilgoć je degradują.

Oczekuje się, że technologia ogniw słonecznych będzie działać przez 20 do 25 lat – powiedział Mohite, profesor nadzwyczajny inżynierii chemicznej i biomolekularnej oraz materiałoznawstwa i nanoinżynierii. – Pracujemy od wielu lat z masowymi perowskitami, które są bardzo wydajne, ale nie tak stabilne. Z kolei perowskity 2D mają ogromną stabilność, ale nie są wystarczająco wydajne, aby umieścić je na dachu. Wielkim problemem było sprawienie, by były wydajne bez narażania stabilności – powiedział.

Inżynierowie z Rice i ich współpracownicy z uniwersytetów Purdue i Northwestern, krajowych laboratoriów Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych w Los Alamos, Argonne i Brookhaven oraz Instytutu Elektroniki i Technologii Cyfrowych (INSA) w Rennes we Francji odkryli, że w niektórych perowskitach 2D światło słoneczne skutecznie kurczy przestrzeń między warstwami atomowymi w materiale, poprawiając ich zdolność do przewodzenia prądu.

Eksperymenty zostały potwierdzone przez modele komputerowe kolegów z Francji. – Badanie to dało wyjątkową okazję do połączenia najnowocześniejszych technik symulacyjnych ab initio, badań materiałowych z wykorzystaniem krajowych obiektów synchrotronowych na dużą skalę oraz charakterystyki in-situ działających ogniw słonecznych – powiedział Jacky Even, profesor fizyki w INSA. – Artykuł po raz pierwszy pokazuje, jak zjawisko perkolacji nagle uwalnia przepływ prądu ładunku w materiale perowskitowym.

Jedną z głównych atrakcji perowskitów 2D jest to, że zwykle zawierają atomy organiczne, które działają jako bariery dla wilgoci, są stabilne termicznie i rozwiązują problemy z migracją jonów – powiedział Siraj Sidhik, doktorant i współautor badań. Perowskity 3D są podatne na niestabilność ciepła i światła, więc naukowcy zaczęli nakładać warstwy 2D na masowe perowskity, aby sprawdzić, czy mogą uzyskać to, co najlepsze z obu rodzajów.

Źródło: news.rice.edu

Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika