Източник: sciencedaily
Изследовател в Georgia Tech притежава соларна клетка на базата на перовскит, която е гъвкава и по-лека от силиконовата версия.
С уважение: Rob Felt, Georgia Tech
Има много за харесване на соларни клетки, базирани на перовскит. Те са прости и евтини за производство, предлагат гъвкавост, която може да отключи широк нов набор от инсталационни методи и места и през последните години са достигнали енергийна ефективност, приближаваща тези на традиционните силициеви клетки.
Но разбирането как да се произвеждат енергийни устройства, базирани на перовскит, които продължават повече от няколко месеца, беше предизвикателство.
Сега изследователи от Технологичния институт на Джорджия в Калифорнийския университет Сан Диего и Масачузетския технологичен институт съобщиха за нови открития за перовскитните слънчеви клетки, които биха могли да доведат до по-добри устройства.
"Перовскитните слънчеви клетки предлагат много потенциални предимства, защото те са изключително леки и могат да бъдат направени с гъвкави пластмасови субстрати", казва Хуан-Пабло Кореа-Баена, асистент в Техническото училище по материали в Джорджия. "За да могат да се конкурират на пазара със слънчеви клетки, базирани на силиций, те трябва да бъдат по-ефективни."
В изследване, публикувано на 8 февруари в списание Science и спонсорирано от американското министерство на енергетиката и Националната научна фондация, изследователите описали по-подробно механизмите за това как добавянето на алкален метал към традиционните перовскити води до по-добро представяне.
"Перовскитите могат наистина да променят играта в слънчева енергия", казва Дейвид Феннинг, професор по наноинженеринг в Калифорнийския университет в Сан Диего. "Те имат потенциала да намалят разходите, без да се отказват от изпълнението. Но все още има какво да се научи по същество за тези материали."
За да разберем перовскитните кристали, е полезно да мислим за неговата кристална структура като триада. Една част от триадата обикновено се оформя от оловото на елемента. Вторият обикновено се състои от органичен компонент като метиламоний, а третият често се състои от други халогениди като бром и йод.
През последните години изследователите се фокусираха върху тестване на различни рецепти за постигане на по-голяма ефективност, като добавяне на йод и бром към оловното вещество в структурата. По-късно те се опитаха да заместят цезий и рубидий с частта от перовскита, обичайно заета от органични молекули.
"От предишната работа знаем, че добавянето на цезий и рубидий към смесен бром и йодов олов перовскит води до по-добра стабилност и по-висока производителност," каза Кореа-Баена.
Но малко се знаеше защо добавянето на тези алкални метали подобри работата на перовскитите.
За да разберат точно защо изглежда, че работят, изследователите са използвали рентгеново картографиране с висока интензивност, за да изследват перовскитите в наномащаба.
"Като разглеждаме състава в перовскитния материал, можем да видим как всеки отделен елемент играе роля за подобряване на работата на устройството," казва Yanqi (Грейс) Луо, докторант в УН Сан Диего.
Те открили, че когато цезият и рубидият се добавят към смесения бром и йодов олов перовскит, той предизвиква смесването на бром и йод по-хомогенно, което води до до 2% по-висока ефективност на преобразуване от материалите без тези добавки.
"Открихме, че еднаквостта в химията и структурата е това, което помага на перовскитните слънчеви клетки да работят в пълния си потенциал", каза Феннинг. "Всяка хетерогенност в тази опора е като слаба връзка във веригата."
Дори и така, изследователите също така отбелязват, че докато добавят рубидий или цезий, бромът и йодът стават по-хомогенни, самите халогенидни метали в собствения си катион остават сравнително групирани, създавайки неактивни "мъртви зони" в слънчевата клетка, които не произвеждат ток.
- Това беше изненадващо - каза Феннинг. "Като тези мъртви зони обикновено ще убие слънчева клетка. В други материали, те действат като черни дупки, които смучат електрони от други региони и никога не ги пускат, така че губите ток и напрежение.
"Но в тези перовскити видяхме, че мъртвите зони около рубидий и цезий не са твърде вредни за работата на слънчевите клетки, въпреки че имаше известна загуба", каза Феннинг. "Това показва колко здрави са тези материали, но и че има още повече възможности за подобрение."
Констатациите допринасят за разбирането за това как устройствата, базирани на перовскит, работят в наномащаба и могат да положат основите за бъдещи подобрения.
"Тези материали обещават да бъдат много рентабилни и високоефективни, което е доста важно, за да сме сигурни, че фотоволтаичните панели са широко разпространени," каза Кореа-Баена. "Искаме да се опитаме да компенсираме проблемите на изменението на климата, така че идеята е да имаме фотоволтаични клетки, които са възможно най-евтини."
