Studie popisuje nový all-perovskitový tandem sluneční buňka, která má potenciál poskytnout levný a účinnější způsob, jak využít energii Slunce k výrobě elektrické energie
Naše spoléhání se na neobnovitelný zdroj energie nazývaná fosilní paliva, jako je uhlí, ropa, plyn, měla obrovský negativní dopad na lidstvo a životní prostředí. Spalování fosilních paliv přispívá ke skleníkovému efektu a způsobuje globální oteplování, ničí stanoviště, způsobuje znečištění ovzduší, vody a půdy a ovlivňuje veřejné zdraví. Existuje naléhavá potřeba vybudovat udržitelné technologie, které k tomu mohou pomoci energie svět využívající čistou energii. Solární energie Technologie je jednou z takových metod, která má schopnost využít sluneční světlo – nejhojnější obnovitelný zdroj energie – a přeměnit ho na elektrickou energii nebo energii. Výhodné faktory sluneční energie, pokud jde o přínos pro lidi a životní prostředí, hrály klíčovou roli při podpoře využívání sluneční energie.
Křemík je běžně používaný materiál k výrobě sluneční buňky v solární panely které jsou dnes dostupné na trhu. Fotovoltaický proces sluneční buňky dokážou přeměnit sluneční světlo na elektřinu bez dodatečného použití jakéhokoli paliva. Konstrukce a účinnost křemíku sluneční panelů se v průběhu desetiletí výrazně zlepšila díky pokroku ve výrobě a technologii. Fotovoltaická účinnost a sluneční článek je definován jako část energie, která je ve formě slunečního světla a kterou lze přeměnit na elektřinu. Fotovoltaická účinnost a celkové náklady jsou dva hlavní omezující faktory sluneční panely dnes.
Kromě křemíku sluneční buňky, tandem sluneční k dispozici jsou také články, ve kterých jsou použity specifické články, které jsou optimalizovány pro každou část spektra Slunce, což vede ke zvýšení celkové účinnosti. Materiál zvaný perovskity je považován za lepší než křemík v absorbování vysokoenergetických modrých fotonů ze slunečního světla, tj. další části slunečního spektra. Perovskity jsou polykrystalický materiál (obecně methylamoniumtrihalogenid olovnatý (CH3NH3PbX3, kde X je atom jódu, bromu nebo chloru). Perovskity se snadno zpracovávají na vrstvy pohlcující sluneční záření. Dřívější studie kombinovaly křemík a perovskity do solárních článků, tj. s křemíkovými články na top, který může absorbovat žluté, červené a blízké infračervené fotony spolu s perovskitovými buňkami, čímž téměř zdvojnásobuje produkci energie.
V nové studii zveřejněné v Věda 3. května výzkumníci poprvé vyvinuli všechny tandemové solární články perovskity, které poskytují účinnost až 25 procent. Tento materiál se nazývá olovo-cín smíšený nízkopásmový perovskitový film ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA pro formamidinium a MA pro methylamonium). Cín má nevýhodu v tom, že reaguje s kyslíkem ze vzduchu a vytváří defekty v krystalické mřížce, které mohou narušit pohyb elektrického náboje v sluneční tím omezuje účinnost článku. Vědci našli způsob, jak zabránit reakci cínu v perovskitu s kyslíkem. Použili chemickou sloučeninu zvanou guanidiniumthiokyanát k výraznému zlepšení strukturních a optoelektronických vlastností olověných a cínových smíšených nízkopásmových perovskitových filmů. Sloučenina guanidiniumthiokyanát potahuje krystality perovskitu v sluneční absorbující film a tím zabraňující přístupu kyslíku dovnitř a reakci s cínem. To okamžitě zvyšuje účinnost solárního článku z 18 na 20 procent. Také, když byl tento nový materiál kombinován s konvenčně používanou vysoce absorbující vrchní perovskitovou vrstvou, účinnost dále vzrostla na 25 procent.
Současná studie poprvé popisuje návrh tandemových solárních článků využívajících všechny perovskitové tenké vrstvy a tato technologie by jednoho dne mohla nahradit křemík v solárních článcích. Nový materiál je vysoce kvalitní, je levný a jeho výroba je jednodušší, zatímco náklady jsou nízké ve srovnání s křemíkem a tandemovými články křemíku-perovskity. Perovskity jsou umělý materiál ve srovnání s křemíkem a solární panely na bázi perovskitu jsou flexibilní, lehké a poloprůhledné. I když současnému materiálu bude nějakou dobu trvat, než překoná účinnost křemíkové perovskitové technologie. Nicméně polykrystalické fólie na bázi perovskitu mají potenciál pro navrhování tandemových solárních článků, které by mohly poskytnout účinnost až 30 procent a přitom zachovat ostatní faktory bez překážek. Jsou zapotřebí další studie, aby byl materiál robustnější, stabilnější a také recyklovatelný, aby se snížil dopad na životní prostředí. Odvětví solární energie je jedním z nejrychleji rostoucích a konečným cílem je objevit slibnou alternativu čisté energie.
***
{Původní výzkumný dokument si můžete přečíst kliknutím na odkaz DOI uvedený níže v seznamu citovaných zdrojů}
Zdroje)
Tong J. a kol. 2019 Životnost nosiče >1 μs v perovskitech Sn-Pb umožňuje efektivní all-perovskitové tandemové solární články. Science, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
