Przyszłość ogniw słonecznych z perowskitu świeci nieco jaśniej

W tym miejscu pojawia się inny, stosunkowo nowy dla nauki materiał - perowskit metalohalogenkowy.Po umieszczeniu w środku ogniwa słonecznego, ta krystaliczna struktura również przekształca światło w energię elektryczną, ale przy znacznie niższych kosztach niż krzem.Co więcej, ogniwa słoneczne na bazie perowskitu można wytwarzać przy użyciu zarówno sztywnych, jak i giętkich podłoży, więc nie tylko są tańsze, ale także lżejsze i bardziej elastyczne.Jednak aby mieć rzeczywisty potencjał, te prototypy muszą zwiększyć swoje rozmiary, wydajność i żywotność.

Teraz, w nowym badaniu, opublikowanym w Nano energia, naukowcy z Wydziału Materiałów Energetycznych i Nauk o Powierzchni, kierowanego przez profesora Yabing Qi, z Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) wykazali, że stworzenie jednego z surowców niezbędnych do produkcji perowskitów w inny sposób może być kluczem do sukces tych komórek.

„W perowskitach jest niezbędny krystaliczny proszek o nazwie FAPbI3, który tworzy warstwę absorbującą perowskitu” – wyjaśnił jeden z głównych autorów, dr Guoqing Tong, stypendysta habilitowany w jednostce.„Wcześniej ta warstwa była wytwarzana przez połączenie dwóch materiałów – PbI2 i FAI. Zachodząca reakcja wytwarza FAPbI3. Ale ta metoda jest daleka od doskonałości. Często pozostają resztki jednego lub obu oryginalnych materiałów, co może utrudniać wydajność ogniwa słonecznego."

Aby obejść ten problem, naukowcy zsyntetyzowali krystaliczny proszek przy użyciu bardziej precyzyjnej metody inżynierii proszkowej.Nadal używali jednego z surowców - PbI2 - ale obejmowały również dodatkowe kroki, które obejmowały między innymi podgrzanie mieszaniny do 90 stopni Celsjusza oraz ostrożne rozpuszczenie i odfiltrowanie wszelkich pozostałości.Dzięki temu uzyskany proszek był wysokiej jakości i perfekcyjny strukturalnie.

Kolejną zaletą tej metody było to, że stabilność perowskitu wzrosła w różnych temperaturach.Kiedy warstwa absorbera perowskitu powstała z pierwotnej reakcji, była stabilna w wysokich temperaturach.Jednak w temperaturze pokojowej zmienił kolor z brązowego na żółty, co nie było idealne do pochłaniania światła.Zsyntetyzowana wersja była brązowa nawet w temperaturze pokojowej.

W przeszłości naukowcy stworzyli ogniwo słoneczne na bazie perowskitu o wydajności ponad 25%, co jest porównywalne z ogniwami słonecznymi na bazie krzemu.Jednak, aby przenieść te nowe ogniwa słoneczne poza laboratorium, konieczne są większe rozmiary i długoterminowa stabilność.

„Ogniwa słoneczne w skali laboratoryjnej są maleńkie” – powiedział prof. Qi.„Rozmiar każdego ogniwa wynosi tylko około 0,1 cm2. Większość badaczy skupia się na nich, ponieważ są one łatwiejsze do stworzenia. Ale jeśli chodzi o zastosowania, potrzebujemy modułów słonecznych, które są znacznie większe. Żywotność ogniw słonecznych jest również coś, o czym musimy pamiętać. Chociaż wcześniej osiągnięto 25% wydajności, żywotność wynosiła najwyżej kilka tysięcy godzin. Po tym czasie wydajność ogniwa zaczęła spadać.

Stosując zsyntetyzowany krystaliczny proszek perowskitu, dr Tong, wraz z technikiem jednostki badawczej dr Dae-Yong Sonem i innymi naukowcami z jednostki prof. 2000 godzin.Kiedy skalowali się do modułów słonecznych o wymiarach 5x5cm2, nadal osiągali ponad 14% sprawności.Jako dowód koncepcji wyprodukowali urządzenie, które używało perowskitowego modułu słonecznego do ładowania akumulatora litowo-jonowego.

Wyniki te stanowią kluczowy krok w kierunku wydajnych i stabilnych ogniw i modułów słonecznych na bazie perowskitu, które pewnego dnia będą mogły być używane poza laboratorium.„Naszym następnym krokiem jest stworzenie modułu słonecznego o wymiarach 15x15cm2 i wydajności ponad 15%” – powiedział dr Tong.„Mam nadzieję, że pewnego dnia będziemy mogli zasilić budynek w OIST naszymi modułami słonecznymi”.

Prace te były wspierane przez Program Proof-of-Concept Centrum Rozwoju Technologii i Innowacji OIST.