Laboratorium osiąga znaczące postępy w trwałości i wydajności ogniw słonecznych z perowskitu.

WarsawBadanie przeprowadzone na Uniwersytecie Rice przyniosło nową metodę zwiększającą stabilność ogniw słonecznych z perowskitu. Ogniwa te wykorzystują kryształy jodku ołowiu formamidyniowego (FAPbI3), które przyczyniają się do ich efektywności. Wyniki badania opublikowano w dzisiejszym wydaniu pisma „Science”. Naukowcom udało się opracować sposób przekształcania tych kryształów w stabilne, wysokiej jakości filmy, które mogą znaleźć zastosowanie w panelach słonecznych.

Kluczowe wnioski z badania to:

Zwiększona stabilność ogniw słonecznych FAPbI3, z efektywnością spadającą o mniej niż 3% podczas 1,000 godzin w temperaturze 85 stopni Celsjusza (185 stopni Fahrenheita). Opracowanie czterech różnych dwuwymiarowych perowskitów jako szablonów. Lepsza jakość i efektywność filmów FAPbI3 szablonowanych kryształami 2D. Stabilność ogniw słonecznych z szablonami 2D została dodatkowo poprawiona dzięki zastosowaniu warstwy zamykającej.

Inżynier Aditya Mohite z Rice przewodził zespołowi i opisał rozwój jako znaczący krok naprzód. Dwuwymiarowe perowskity stabilizują materiał FAPbI3. Te perowskity poprawiają także formowanie i jakość kryształów FAPbI3. Dodatkowo, ogniwa słoneczne są teraz bardziej odporne na uszkodzenia w miarę upływu czasu.

Isaac Metcalf, doktorant i główny autor badania, wyjaśnił, że kryształy perowskitowe ulegają rozkładowi zarówno chemicznemu, jak i strukturalnemu. FAPbI3 nie jest tak stabilny pod względem struktury, ale perowskity 2D są bardziej stabilne w obu tych aspektach. Zastosowanie perowskitów 2D jako wzorców pomaga utrzymać FAPbI3 w stanie stabilnym i efektywnym.

Zespół badawczy przetestował cztery różne rodzaje dwuwymiarowych perowskitów. Dwa z nich miały strukturę powierzchni podobną do FAPbI3. Te dobrze dopasowane kryształy 2D umożliwiły łatwiejsze formowanie FAPbI3 w wysokiej jakośći filmy. Filmy te charakteryzowały się mniejszym nieporządkiem wewnętrznym i lepszą reakcją na światło, co prowadziło do wyższej wydajności.

Zastosowanie 2D szablonów sprawiło, że ogniwa słoneczne działały dłużej i bardziej efektywnie. Bez tych szablonów, ogniwa psuły się po dwóch dniach. Dzięki szablonom, działały ponad 20 dni bez awarii. Dodanie warstwy ochronnej uczyniło je jeszcze bardziej stabilnymi.

Zobacz również:

Dzisiaj · 09:01

Przełom: komórki macierzyste naprawiają dziury w siatkówce małp

Te usprawnienia mogą obniżyć koszt produkcji paneli słonecznych i umożliwić lżejsze oraz bardziej giętkie konstrukcje. W odróżnieniu od tradycyjnych paneli słonecznych wykonanych z krzemu, filmy z perowskitu można przetwarzać w niskich temperaturach. To pozwala na wytwarzanie paneli słonecznych na plastikowych lub elastycznych powierzchniach, co może dodatkowo zaoszczędzić koszty.

Krzem jest najczęściej stosowanym materiałem do produkcji ogniw słonecznych, jednak jego wytwarzanie wymaga wielu zasobów. Z kolei ogniwa z perowskitu zwiększyły swoją wydajność z 3,9% w 2009 roku do ponad 26% obecnie. Produkcja wysokiej jakości paneli słonecznych z perowskitu jest tańsza i wymaga mniej energii niż w przypadku paneli krzemowych.

Przejście na czystą energię jest kluczowe. Według ONZ energia słoneczna jest wiodącą alternatywą dla paliw kopalnych. Należy ulepszyć technologie solarne, aby zredukować emisję gazów cieplarnianych do 2030 roku. Ważne jest także osiągnięcie zerowej emisji węgla do roku 2050.

Główny inżynier Aditya Mohite podkreśla, że energia słoneczna ma kluczowe znaczenie. Postępy w technologii paneli słonecznych będą zależeć od ekologicznych źródeł energii elektrycznej. To rozwiązanie przyniesie korzyści również innym branżom, takim jak przemysł chemiczny.

Badania były wspierane przez różne źródła finansowania, w tym Departament Energii USA oraz Narodową Fundację Nauki. Naukowcy z różnych instytucji w USA i innych krajach współpracowali ze sobą nad tym projektem. Ich wspólne wysiłki były kluczowe dla osiągniętego postępu.

To odkrycie przybliża nas do wprowadzenia na rynek paneli słonecznych z perowskitu.