A tanulmány egy új, teljesen perovszkit tandemet ír le nap cella, amely olcsó és hatékonyabb módot biztosíthat a Nap energiájának elektromos áram előállítására való hasznosítására
A nem megújuló forrásokra támaszkodunk energia Az úgynevezett fosszilis tüzelőanyagok, mint a szén, olaj, gáz óriási negatív hatást gyakoroltak az emberiségre és a környezetre. A fosszilis tüzelőanyagok elégetése fokozza az üvegházhatást, globális felmelegedést okoz, elpusztítja az élőhelyeket, szennyezi a levegőt, a vizet és a talajt, és kihat a közegészségügyre. Sürgősen szükség van egy fenntartható technológia kiépítésére, amely segíthet hatalom a világ tiszta energiát használ. Napenergia A technológia az egyik ilyen módszer, amely képes a Nap fényét – a legbőségesebb megújuló energiaforrást – hasznosítani és elektromos energiává vagy energiává alakítani. Az előnyös tényezők nap Az energia az emberek és a környezet javát tekintve kulcsszerepet játszott a felhasználás előmozdításában nap energia.
A szilícium a leggyakrabban használt anyag nap sejtek be napelemek amelyek ma elérhetőek a piacon. A fotovoltaikus folyamat nap A sejtek a napfényt elektromos árammá alakíthatják további üzemanyag felhasználása nélkül. A szilícium tervezése és hatékonysága nap A panelek évtizedek óta jelentősen javultak a gyártás és a technológia fejlődésének köszönhetően. A fotovoltaikus hatásfok a nap A cella az energia azon része, amely napfény formájában van, és amely elektromos árammá alakítható. A fotovoltaikus hatékonyság és az összköltség a két fő korlátozó tényező nap panelek ma.
A szilikonon kívül nap cellák, tandem nap olyan cellák is rendelkezésre állnak, amelyekben speciális cellákat használnak, amelyek a Nap spektrumának minden szakaszára vannak optimalizálva, ezáltal növelve az általános hatékonyságot. A perovszkitoknak nevezett anyag jobbnak tekinthető a szilíciumnál abban, hogy elnyeli a napfényből származó nagy energiájú kék fotonokat, azaz a Nap spektrumának egy másik részét. A perovszkit polikristályos anyag (általában metil-ammónium-ólom-trihalogenid (CH3NH3PbX3, ahol X jód-, bróm- vagy klóratom). A perovszkitok könnyen feldolgozhatók napfényt elnyelő rétegekké. Korábbi tanulmányok szilíciumot és perovszkitokat kombináltak napelemekké, azaz szilíciumcellákkal teteje, amely képes elnyelni a sárga, vörös és közeli infravörös fotonokat a perovszkit cellákkal együtt, így szinte megkétszerezi az energiatermelést.
Egy új, a Tudomány május 3-án a kutatók először fejlesztettek ki minden perovskites tandem napelemet, amelyek akár 25 százalékos hatékonyságot is biztosítanak. Ezt az anyagot ólom-ón kevert alacsony sávú perovszkit fóliának nevezik ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA a formamidiniumhoz és MA a metil-ammóniumhoz). Az ónnak megvan az a hátránya, hogy a levegő oxigénjével reagálva meghibásodik a kristályrácsban, ami megzavarhatja az elektromos töltés mozgását a nap a sejt hatékonyságát korlátozza. A kutatók módot találtak arra, hogy megakadályozzák, hogy a perovszkitban lévő ón reakcióba lépjen az oxigénnel. A guanidinium-tiocianát nevű kémiai vegyületet alkalmazták az ólom-ón vegyes, alacsony sávú perovszkit fóliák szerkezeti és optoelektronikai tulajdonságainak jelentős javítására. A guanidinium-tiocianát vegyület vonja be a perovszkit kristályokat nap elnyelő film, így megakadályozza, hogy az oxigén a belsejébe kerüljön, hogy reakcióba lépjen az ónnal. Ez azonnal 18-ról 20 százalékra növeli a napelem hatékonyságát. Ezenkívül, amikor ezt az új anyagot hagyományosan használt, nagy nedvszívó képességű felső perovszkit réteggel kombinálták, a hatékonyság tovább nőtt 25 százalékra.
A jelenlegi tanulmány először ír le tandem napelemek tervezését minden perovszkit vékonyréteg felhasználásával, és ez a technológia egy napon helyettesítheti a szilíciumot a napelemekben. Az új anyag kiváló minőségű, olcsó, előállítása egyszerűbb, költsége pedig alacsony a szilícium és szilícium-perovszkit tandem cellákhoz képest. A perovszkit a szilíciumhoz képest mesterséges anyag, a perovszkit alapú napelemek pedig rugalmasak, könnyűek és félig átlátszóak. Bár a jelenlegi anyagnak egy kis időbe telik, hogy felülmúlja a szilícium-perovszkit technológia hatékonyságát. Mindazonáltal a perovszkit alapú polikristályos fóliák képesek olyan tandem napelemek tervezésére, amelyek akár 30 százalékos hatékonyságot is biztosítanak, miközben más tényezőket akadálytalanul tartanak. További vizsgálatokra van szükség annak érdekében, hogy az anyagot robusztusabbá, stabilabbá és újrahasznosíthatóvá tegyék a környezetre gyakorolt hatás csökkentése érdekében. A napenergia szektor az egyik leggyorsabban növekvő ágazat, és a végső cél egy ígéretes alternatíva felfedezése a tiszta energia számára.
***
{Az eredeti kutatási cikket a hivatkozott forrás(ok) listájában lent található DOI linkre kattintva olvashatja el}
Forrás (ok)
Tong J. et al. 2019 Az Sn-Pb perovszkitokban az 1 μs-nál nagyobb hordozó élettartama hatékony, teljes perovskit tandem napelemeket tesz lehetővé. Science, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
