...

Wzrost sprawności ogniw perowskitowych

22 października 2018
Wzrost sprawności ogniw perowskitowych

Ogniwa słoneczne wykonane z perowskitów posiadające rekordową wydajność konwersji energii (PCE powyżej 23 proc.) mogłyby być idealnym generatorem zrównoważonej energii słonecznej, gdyby nie ich termiczna niestabilność. Nowa technika zastąpienia jednego z najmniej stabilnych składników w tych komórkach może jednak to zmienić. To nowe rozwiązanie byłoby prawdziwym postępem w kierunku komercjalizacji ogniw.

Perowskity mają strukturę ABX3, gdzie A oznacza cez i związek metyloamonowy
(MA) lub formamidynę (FA), B oznacza ołów lub cynę, a X oznacza chlor, brom lub jod. Są one jednymi z najbardziej obiecujących cienkowarstwowych materiałów fotowoltaicznych, ponieważ mogą pochłaniać światło w szerokim zakresie długości fal widma słonecznego dzięki zmiennym pasmom wzbronionym. Nośniki ładunku elektrycznego (elektrony i dziury) mogą również przez nie szybko dyfundować na dalsze odległości. Wszystkie te doskonałe parametry umożliwiły wzrost efektywności ogniw słonecznych bazujących na tych materiałach z początkowych 3,8 proc. (w 2009 r.) do prawie 23 proc. obecnie. To sprawia, że ich sprawność jest porównywalna do osiągów uznanych technologii, takich jak technologia krzemowa, GaAs i CdTe.

Najbardziej wydajne perowskitowe ogniwa słoneczne zawierają bromek i MA, które, niestety, są niestabilne termicznie. Aby zniwelować ten problem, naukowcy zastępują MA przez FA, gdyż jest on nie tylko stabilniejszy termicznie niż MA, ale ma również przesunięty w dół optymalny zakres pasma wzbronionego. Niestety, ze względu na swój duży rozmiar, FA zniekształca sieć perowskitu i wytwarza fotoaktywną fazę żółtą w temperaturze pokojowej. Druga światłoczuła faza czarna może być widoczna tylko w wysokich temperaturach.

Naukowcy prowadzeni przez Michaela Salibę z Adolphe Merkle Institute we Fribourgu i Andersa Hagfeldta z Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne znaleźli jednak sposób na stabilizację czarnej fazy FA w temperaturze pokojowej. Dokonali tego poprzez zastąpienie bromu jodem i MA za pomocą połączenia rubidu i cezu. Otrzymane komórki, które zostały opisane w Science 10.1126 / science.aat3583, mają PCE równe 20,35 proc., co jest jedną z najlepszych dotychczas ogłoszonych sprawności perowskitowego ogniwa słonecznego niezawierającego związku MA.

Źródło: https://physicsworld.com