Noi module solare Perovskite cu dimensiuni, putere și durabilitate mai mari

Cercetătorii au creat module solare de 5 × 5 cm2 și 10 × 10 cm2 – mult mai mare de 1,5 x 1,5 cm2 cele realizate în mod tradițional într-un laborator, dar mai mici decât panourile solare comerciale. Credit: OIST

  • Se prevede că perovskitele vor schimba jocul în tehnologia solară viitoare, dar în prezent suferă de o durată scurtă de viață operațională și de o eficiență scăzută atunci când sunt reduse la o dimensiune mai mare
  • Oamenii de știință au îmbunătățit stabilitatea și eficiența modulelor de celule solare prin amestecarea materialelor precursoare cu clorură de amoniu în timpul fabricării
  • Straturile active perovskite din modulele solare îmbunătățite sunt mai groase și au boabe mai mari, cu mai puține defecte
  • Ambele 5 x 5 cm2 și 10 x 10 cm2 Modulele perovskite au menținut o eficiență ridicată mai mult de 1000 de ore

Cercetătorii de la Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) au creat module solare perovskite cu durabilitate și eficiență îmbunătățite folosind o nouă tehnică de fabricație care a redus defectele. Constatările lor au fost publicate pe 25a din ianuarie 2021, la Materiale energetice avansate.

Perovskitele sunt unul dintre cele mai promițătoare materiale pentru următoarea generație de tehnologie solară, crescând eficiența de la 3,8% la 25,5% în puțin peste un deceniu. Celulele solare perovskite sunt ieftine de fabricat și au potențialul de a fi flexibile, sporind versatilitatea lor. Dar două obstacole încă blochează calea comercializării: lipsa lor de stabilitate pe termen lung și dificultăți cu niveluri în creștere.

„Materialul Perovsk este fragil și predispus la descompunere, ceea ce înseamnă că celulele solare se luptă să mențină o eficiență ridicată mult timp”, a spus primul autor Dr. Guoqing Tong, cercetător postdoctoral în Unitatea Materiale Energetice și Unitățile Științei Suprafețelor, conduse de profesorul Yabing Qi. „Și, deși celulele solare mici din Perovskite au o eficiență ridicată și au performanțe aproape la fel de bune ca și ale omologilor lor din siliciu, pe măsură ce se extind până la module solare mai mari, eficiența scade”.

Într-un dispozitiv solar funcțional, stratul de perovskit se află în centru, situat între cele două straturi de transport și cei doi electrozi. Deoarece stratul activ de perovskit absoarbe lumina soarelui, acesta generează purtători de încărcare care apoi curg în electrozi prin straturile de transport și produc un curent.

Cu toate acestea, gropile din stratul de perovskit și defectele la granițele dintre granulele individuale de perovskit pot perturba fluxul purtătorilor de sarcină din stratul de perovskit către straturile de transport, reducând eficiența. Umezeala și oxigenul pot începe, de asemenea, să degradeze stratul de perovskit la aceste locuri defecte, scurtând durata de viață a dispozitivului.

Modul solar perovskit și suprafața stratului activ

Dispozitivele cu celule solare perovskite necesită mai multe straturi pentru a funcționa. Stratul activ de perovskit absoarbe lumina soarelui și generează transportatori de marfă. Straturile de transport transportă purtătorii de sarcină la electrozi, eliberând un curent. Stratul activ de perovskit este format din multe boabe de cristal. Limitele dintre aceste boabe și alte defecte ale filmului Perovsk, cum ar fi găurile de cauciuc, reduc eficiența și longevitatea echipamentelor solare. Credit: OIST

“Scalarea este o provocare, deoarece pe măsură ce modulele cresc în dimensiune, devine mai dificil să se producă un strat uniform de perovskit și aceste defecte devin mai pronunțate”, a explicat Dr. Tong. “Am vrut să găsim o modalitate de a fabrica module mari care să abordeze aceste probleme.”

În prezent, majoritatea celulelor solare produse au un strat subțire de perovskit – cu o grosime de numai 500 nanometri. În teorie, un strat subțire de perovskit îmbunătățește eficiența, deoarece transportatorii de mărfuri au o distanță mai mică de parcurs pentru a ajunge la straturile de transport în sus și în jos. Dar când au fabricat module mai mari, cercetătorii au descoperit că un film subțire a dezvoltat adesea mai multe defecte și găuri din spate.

Prin urmare, cercetătorii au decis să facă 5 x 5 cm2 și 10 x 10 cm2 module solare care conțin pelicule de perovskită cu grosime dublă.


Oamenii de știință de la OIST Energy Materials and Surface Science Unit demonstrează modulele solare perovskite în acțiune, alimentând mașina cu un ventilator și o jucărie. Credit: OIST

Cu toate acestea, creșterea densității filmelor Perovsk a venit cu propriile provocări. Perovskitele sunt o clasă de materiale care se formează de obicei prin reacția mai multor componente împreună ca o soluție și apoi le permite cristalizarea.

Cu toate acestea, oamenii de știință s-au străduit să disperseze o concentrație destul de mare de iod de plumb – unul dintre precursorii utilizați pentru a forma perovskit – care era necesar pentru filmele mai groase. De asemenea, au descoperit că etapa de cristalizare a fost rapidă și incontrolabilă, astfel încât filmele groase conțineau multe boabe mici, cu limite mai mari de boabe.

Prin urmare, cercetătorii au adăugat clorură de amoniu pentru a crește solubilitatea iodului de plumb. Acest lucru a permis, de asemenea, iodului de plumb să se dizolve mai uniform în solventul organic, rezultând o peliculă Perovsk mai uniformă, cu boabe mult mai mari și mai puține defecte. Amoniacul a fost ulterior îndepărtat din soluția Perovsk, reducând nivelul de impurități din filmul Perovsk.

Perovskite Active Layer Surface

Prin adăugarea clorurii de amoniu, filmul Perovsk rezultat a avut mai puține boabe de dimensiuni mult mai mari, reducând numărul de limite ale boabelor. Credit: OIST

În general, modulele solare măsoară 5 x 5 cm2 au arătat o eficiență de 14,55%, de la 13,06% în modulele fabricate fără clorură de amoniu și au reușit să lucreze timp de 1600 de ore – peste două luni – la peste 80% din această eficiență.

Mai mare 10 x 10 cm2 modulele au avut o eficiență de 10,25% și au rămas la niveluri ridicate de eficiență mai mult de 1100 de ore, sau aproape 46 de zile.

„Este pentru prima dată când s-a raportat o măsurare a duratei de viață pentru modulele solare Perovskite de această dimensiune, ceea ce este cu adevărat interesant”, a spus Dr. Tong.

Această activitate a fost susținută de programul Proof-of-Concept al Centrului de dezvoltare și inovare a tehnologiei OIST. Aceste rezultate reprezintă un pas promițător în încercarea de a produce module solare de dimensiuni comerciale cu eficiența și durabilitatea pentru a se potrivi cu omologii lor din siliciu.

În faza următoare a cercetării lor, echipa intenționează să-și selecteze în continuare tehnica prin fabricarea modulelor solare de perovskit folosind metode bazate pe abur, mai degrabă decât folosind soluții, și încearcă acum să se ridice la 15 x 15 cm2 module

„Trecerea de la celule solare de dimensiuni de laborator la 5 x 5 cm2 modulele solare erau dificile. Salt la modulele solare care aveau 10 x 10 cm2 a fost și mai greu. Și mergând la 15 x 15 cm2 „Modulele solare vor fi și mai dificile”, a spus Dr. Tong. “Dar echipa așteaptă cu nerăbdare provocarea.”

Referință: „Fabricare la scară> 90 cm2 Module solare perovskite cu> 1000 de ore de stabilitate de funcționare bazate pe strategie de fază medie “de Guoqing Tong, Dae – Yong Son, Luis K. Ono, Yuqiang Liu, Yanqiang Hu, Hui Zhang, Afshan Jamshaid, Longbin Qiu, Zonghao Liu și Yabing Qi, 25 ianuarie 2021, Materiale energetice avansate.
DOI: 10.1002 / aenm.202003712

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Modelul demonstrează similitudini în modul în care studiază oamenii și insectele

Modelul de calcul demonstrează similaritatea în cunoașterea împrejurimilor oamenilor și insectelor. Potrivit unui nou studiu de la Universitatea din Sussex, care arată cum oamenii pot...

Cum am creat „furtuna perfectă” pentru evoluția și transmiterea bolilor infecțioase, cum ar fi COVID-19

Potrivit unui cercetător de la Universitatea din Anglia de Est, în majoritatea modurilor noastre, „furtuna perfectă” a fost creată pentru evoluția și transmiterea bolilor...

„Adezivul molecular” crește eficiența și face ca celulele solare perovskite să devină mult mai fiabile în timp

Cercetătorii au folosit „adeziv molecular” auto-asamblat monostrat pentru a consolida interfețele din celulele solare perovskite pentru a le face mai eficiente, stabile și fiabile....

Pastele plate sunt atât de avansate încât se formează în morfuri atunci când sunt fierte

Laboratorul CMU gestionează producția de paste, care își schimbă forma pe măsură ce gătește. Credit: Universitatea Carnegie Mellon Pastele plate ambalate creează ambalare, transport...

Oamenii de știință ai undelor gravitaționale Excelentă nouă metodă de rafinare a constantei Hubble – expansiunea și vârsta universului

O ilustrare a artistului unei perechi unificate de stele neutronice. Credit: Carl Knox, Universitatea OzGrav-Swinburne O echipă de oameni de știință internaționali, condusă de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.