R&D magazine
2019_272_7
Raziskovalna skupina s tehnološkega inštituta Georgia, Univerze v Kaliforniji, San Diego in Tehnološkega inštituta v Massachusettsu je odkrila, da bi dodajanje alkalijskih kovin perovskitovim sončnim celicam omogočilo daljšo življenjsko dobo energijskih naprav in boljše delovanje.
“Perovskiti* bi lahko resnično spremenili igro v solarnem poslu,” je dejal David Fenning, profesor nanoinženiringa na Univerzi v Kaliforniji v San Diegu. »Lahko zmanjšajo stroške, ne da bi zmanjšali performanse. Toda o teh materialih se moramo še veliko naučiti. ”
Struktura kristalov perovskita je razdeljena na tri različne regije, kjer je en del narejen iz svinca, drugi del je sestavljen iz organske komponente metilamonij, končno območje pa je sestavljeno iz drugih halogenidov, kot sta brom in jod.
V zadnjem času se je poskušalo različne recepte treh kristalnih komponent, ki bodo omogočile boljšo učinkovitost. To vključuje dodajanje joda in broma svinčeni komponenti strukture ter zamenjavo cezija in rubidija s tistim delom perovskita, ki ga običajno uporabljajo organske molekule.
“Iz prejšnjega dela smo vedeli, da dodajanje cezija in rubidija mešanemu bromu in jodovemu perovskitu vodi k večji stabilnosti in večji učinkovitosti,” je v svoji izjavi dejal Juan-Pablo Correa-Baena, docent na Georgia Tech School of Science Science and Engineering.
Vendar pa ni bilo prej znano, zakaj pravzaprav je dodajanje alkalijskih kovin izboljšalo učinkovitost solarnih perovskitov.
Raziskovalci so se odločili za uporabo rentgenskega kartiranja visoke intenzivnosti, da bi dobili boljši vpogled v perovskite na nanoskali in videli, kako vsak posamezen element igra vlogo pri izboljšanju učinkovitosti naprave.
Raziskovalci so ugotovili, da ko so mešanemu bromovom jodovemu perovskitu dodali cezij in rubidij, je to povzročilo bolj homogeno mešanje broma in joda. Ta mešanica povzroči do 2 odstotka večjo učinkovitost pretvorbe, kot kaže naprava brez dodatkov cezija in rubidija.
“Ugotovili smo, da je enotnost v kemiji in strukturi tisto, kar pomaga perovskitni sončni celici delovati v svojem polnem potencialu,” je dejal Fenning. “Kakršna koli heterogenost v tem hrbtenici je kot šibka vez v verigi.”
Kljub uspehu dodajanja alkalijskih kovin so raziskovalci ugotovili, da so same halidne kovine ostale v svojem kationu, kar je ustvarilo neaktivne mrtve cone, ki ne proizvajajo toka.
“To je bilo presenetljivo,” je dejal Fenning. „Ob teh mrtvih območjih bi običajno ubili sončno celico. V drugih materialih delujejo kot črne luknje, ki sesajo elektrone iz drugih regij in jih nikoli ne spustijo, zato izgubite tok in napetost. Toda v teh perovskitih smo videli, da mrtve cone okoli rubidija in cezija niso bile preveč škodljive za delovanje sončnih celic, čeprav je prišlo do trenutne izgube. To kaže, kako zanesljivi so ti materiali, pa tudi, da je še več možnosti za izboljšanje. ”
Raziskovalci nameravajo dodati svoje razumevanje delovanja perovskitnih naprav na nanoskali, da bi znižali ceno in izboljšali učinkovitost teh naprav.
“Perovskitne sončne celice ponujajo veliko potencialnih prednosti, ker so izjemno lahke in jih je mogoče izdelati s fleksibilnimi plastičnimi podlagami,” je dejal Correa-Baena. “Da bi lahko konkurirali na trgu s sončnimi celicami na osnovi silicija, morajo biti učinkovitejše.”
Tako ameriško ministrstvo za energijo kot Nacionalna znanstvena fundacija sta sponzorirali študijo, ki je bila objavljena v reviji Science.
*Perovskit je mineral kalcijevega oksida, ki ga sestavlja kalcijev titanat (CaTiO3). Ime je dobil v razredu spojin, ki imajo enako vrsto kristalne strukture kot CaTiO3 (XIIA2 + VIB4 + X2-3), znano kot perovskitna struktura. V to strukturo je mogoče vključiti veliko različnih kationov, ki omogočajo razvoj različnih inženirskih materialov. Vir: Wikipedija
Povzeto po:
https://www.rdmag.com/article/2019/02/alkali-metals-improve-performance-solar-cells
