Laboratorium gör stora framsteg inom hållbarheten hos perovskitsolceller och närmar sig marknadslansering.

StockholmForskare vid Rice University har utvecklat en förbättrad metod för att göra perovskitesolceller mer stabila. Dessa solceller använder formamidiniumblyjodid (FAPbI3) kristaller, vilket bidrar till deras höga effektivitet. Studien publiceras i dagens utgåva av Science. Forskarna har funnit en metod för att omvandla dessa kristaller till stabila, högkvalitativa filmer som kan användas i solpaneler.

Nyckelpunkter från studien:

• Stabiliteten hos solceller med FAPbI3 har förbättrats, där effektiviteten minskar med mindre än 3 % över 1 000 timmar vid 85 grader Celsius.
• Utveckling av fyra olika tvådimensionella perovskiter som mallar.
• Högre kvalitet och effektivitet hos FAPbI3-filmer som använder 2D-kristaller som mallar.
• Stabiliteten hos solceller med 2D-mallar har ytterligare förstärkts med ett inkapslingsskikt.

Rice-ingenjören Aditya Mohite ledde teamet och beskrev utvecklingen som ett stort framsteg. De 2D-perovskiterna hjälper till att stabilisera FAPbI3-materialet. Dessa 2D-perovskiter förbättrar också bildningen och kvaliteten på FAPbI3-kristallerna. Dessutom är solcellerna nu mer motståndskraftiga mot skador över tid.

Isaac Metcalf, en forskarstuderande och huvudförfattare, förklarade att perovskitkristaller bryts ner både kemiskt och strukturellt. FAPbI3 är inte lika strukturellt stabil, men 2D-perovskiter är stabilare på båda sätten. Genom att använda 2D-perovskiter som vägledning kan FAPbI3 bibehålla sin stabilitet och effektivitet.

Forskargruppen testade fyra olika typer av tvådimensionella perovskiter. Två av dem hade en ytstruktur som liknade FAPbI3. Dessa välmatchade 2D-kristaller underlättade bildandet av högkvalitativa filmer med FAPbI3. Filmerna hade mindre intern oordning och svarade bättre på ljus, vilket resulterade i högre effektivitet.

Genom att använda tvådimensionella mallar blev solcellerna mer hållbara och presterade bättre. Utan dessa mallar slutade cellerna fungera efter två dagar. Med mallarna klarade de sig i över 20 dagar utan att gå sönder. Tillförsel av ett skyddande lager gjorde dem ännu stabilare.

Läs också:

Idag · 09:01

Stamcellstransplantat reparerar makulära hål hos primater framgångsrikt

Dessa förbättringar kan minska kostnaderna för att tillverka solpaneler och möjliggöra lättare och mer flexibla designer. Till skillnad från traditionella solpaneler som är gjorda av kisel, kan perovskitfilmer bearbetas vid låga temperaturer. Detta innebär att solpaneler kan tillverkas på plast eller flexibla ytor, vilket kan leda till ytterligare besparingar.

Kisel är det vanligaste materialet för solceller, men det kräver mycket resurser att framställa. Perovskiter har dock ökat sin effektivitet från 3,9 % år 2009 till över 26 % idag. Att tillverka högkvalitativa perovskit-solpaneler är billigare och kräver mindre energi jämfört med kiselpaneler.

Att övergå till ren energi är viktigt. FN påpekar att solenergi är ett av de främsta alternativen till fossila bränslen. Förbättrad solcellsteknik är nödvändig för att minska växthusgaserna till år 2030. Det är också avgörande att nå nollutsläpp av koldioxid till 2050.

Huvudingenjör Aditya Mohite betonar att solenergi är av stor betydelse. Framsteg inom solpanelsteknik kommer att bero på miljövänliga energikällor, vilket även kommer att gynna andra branscher som kemisk tillverkning.

Forskningen finansierades av flera olika källor, såsom amerikanska energidepartementet och National Science Foundation. Forskare från olika institutioner i USA och andra länder samarbetade i denna studie. Deras gemensamma insatser var avgörande för de framsteg som gjordes.

Denna upptäckt för oss närmare att kunna erbjuda perovskitsolpaneler till försäljning.