Naukowcy usuwają największą przeszkodę w powszechnym stosowaniu technologii ogniw słonecznych

Naukowcy zajmujący się materiałami z UCLA Samueli School of Engineering i koledzy z pięciu innych uniwersytetów na całym świecie odkryli główny powód, dla którego ogniwa słoneczne perowskitowe – które obiecują poprawę wydajności konwersji energii – ulegają degradacji w świetle słonecznym, powodując z czasem pogorszenie ich wydajności. Zespół z powodzeniem zademonstrował prostą modyfikację produkcji, aby naprawić przyczynę degradacji, usuwając największą przeszkodę w powszechnym stosowaniu technologii cienkowarstwowych ogniw słonecznych.

Artykuł badawczy szczegółowo opisujący wyniki został opublikowany dzisiaj w Natura Jako karta wczesnego dostępu. Badania prowadzone są przez Yang Yang, profesora inżynierii materiałowej na UCLA Samueli i odbiorcę Katedry Carol and Lawrence E. Tanas Jr. Pierwszymi współautorami są Shun Tan i Tian Yi Huang, obaj doktorzy z UCLA Samueli. Absolwenci doradzali Yang.

Perowskit to grupa materiałów, które mają taki sam układ atomowy lub strukturę krystaliczną jak tlenek tytanu i mineralny wapń. Podgrupa perowskitu, perowskitu metalohalogenkowego, cieszy się dużym zainteresowaniem badawczym ze względu na jego obiecujące zastosowanie w energooszczędnych cienkowarstwowych ogniwach słonecznych.

Ogniwa słoneczne na bazie perowskitu można wytwarzać przy znacznie niższych kosztach niż ich odpowiedniki na bazie krzemu, dzięki czemu technologie słoneczne są bardziej dostępne, jeśli można odpowiednio zająć się powszechnie znaną degradacją pod wpływem długotrwałej ekspozycji na oświetlenie.

„Ogniwa słoneczne na bazie perowskitu mają tendencję do degradacji w świetle słonecznym znacznie szybciej niż ich odpowiedniki krzemowe, więc ich skuteczność w przekształcaniu światła słonecznego w energię elektryczną spada w dłuższej perspektywie”. powiedział Yang, który jest również członkiem Kalifornijskiego Instytutu Nanosystemów na UCLA. „Jednak nasze badania pokazują, dlaczego tak się dzieje i zapewniają proste rozwiązanie. Stanowi to duży postęp w komercjalizacji i powszechnej akceptacji technologii perowskitu”.

Powszechna obróbka powierzchni stosowana do usuwania defektów w ogniwach słonecznych polega na osadzeniu warstwy jonów organicznych, które powodują, że powierzchnia jest bardzo ujemnie naładowana. Zespół kierowany przez UCLA odkrył, że chociaż obróbka ma na celu poprawę wydajności konwersji energii podczas procesu produkcyjnego perowskitowych ogniw słonecznych, nieumyślnie tworzy również bogatą w elektrony powierzchnię — potencjalną pułapkę dla elektronów przenoszących energię.

Ten stan destabilizuje uporządkowany układ atomów, a z biegiem czasu ogniwa słoneczne perowskitowe stają się coraz mniej wydajne, co ostatecznie czyni je nieatrakcyjnymi dla komercjalizacji.

Uzbrojeni w to nowe odkrycie, naukowcy znaleźli sposób na rozwiązanie długoterminowej degradacji komórek poprzez łączenie dodatnio naładowanych jonów z ujemnie naładowanymi jonami do obróbki powierzchni. Przełącznik sprawia, że ​​powierzchnia jest bardziej neutralna i stabilna elektronowo, przy jednoczesnym zachowaniu integralności obróbki powierzchni, aby zapobiec defektom.

Zespół przetestował wytrzymałość swoich ogniw słonecznych w laboratorium w warunkach przyspieszonego starzenia i całodobowego oświetlenia zaprojektowanego tak, aby naśladować światło słoneczne. Ogniwa były w stanie zachować 87% swojej pierwotnej wydajności przekształcania światła słonecznego w energię elektryczną przez ponad 2000 godzin. Dla porównania, ogniwa słoneczne wyprodukowane bez remontu spadły do ​​65% swojej pierwotnej wydajności po testach w tych samych warunkach i czasie.

„Nasze perowskitowe ogniwa słoneczne należą do najbardziej stabilnych pod względem wydajności zgłoszonych do tej pory” opalenizna powiedział. „W tym samym czasie stworzyliśmy również nową podstawową wiedzę, dzięki której społeczność może rozwijać i udoskonalać naszą wszechstronną technologię w celu projektowania bardziej stabilnych perowskitowych ogniw słonecznych”.

Inni korespondenci w artykule to Rui Wang, adiunkt inżynierii na Uniwersytecie Westlake w Hangzhou w Chinach; oraz Jin-Wook Lee, adiunkt inżynierii na Uniwersytecie Sungkyunkwan w Suwon w Korei Południowej. Zarówno Wang, jak i Li są byłymi badaczami podoktoranckimi na Uniwersytecie Kalifornijskim, którym doradzał Yang.

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine. Uniwersytet Marmara, Turcja; oraz Narodowy Uniwersytet Yang Ming Chiao Tong na Tajwanie również wnieśli swój wkład w badania.

Badania były wspierane przez Biuro ds. Efektywności Energetycznej i Energii Odnawialnej Departamentu Energii USA.

źródło: https://www.ucla.edu/