Studija opisuje novi potpuno perovskitni tandem solarni ćelija koja ima potencijal pružiti jeftin i učinkovitiji način za iskorištavanje Sunčeve energije za proizvodnju električne energije
Naše oslanjanje na neobnovljive izvore energija fosilna goriva kao što su ugljen, nafta, plin imala su ogroman negativan utjecaj na čovječanstvo i okoliš. Spaljivanje fosilnih goriva doprinosi efektu staklenika i uzrokuje globalno zatopljenje, uništava staništa, uzrokuje onečišćenje zraka, vode i zemljišta te utječe na javno zdravlje. Postoji hitna potreba za izgradnjom održive tehnologije koja može pomoći snaga svijet koristi čistu energiju. Solarna energija tehnologija je jedna takva metoda koja ima sposobnost iskoristiti Sunčevu svjetlost – najobilniji obnovljivi izvor energije – i pretvoriti je u električnu energiju ili snagu. Povoljni čimbenici solarni energije u smislu dobrobiti za ljude i okoliš odigrali su ključnu ulogu u promicanju korištenja solarni energija.
Silicij je najčešće korišten materijal za izradu solarni stanice u solarni paneli koji su danas dostupni na tržištu. Fotonaponski proces solarni ćelije mogu pretvoriti sunčevu svjetlost u električnu energiju bez dodatnog korištenja goriva. Dizajn i učinkovitost silicija solarni Paneli su značajno poboljšani tijekom desetljeća zahvaljujući napretku u proizvodnji i tehnologiji. Fotonaponska učinkovitost a solarni ćelija se definira kao dio energije koji je u obliku sunčeve svjetlosti i koji se može pretvoriti u električnu energiju. Fotonaponska učinkovitost i ukupni troškovi dva su glavna ograničavajuća čimbenika solarni ploče danas.
Osim silicija solarni ćelije, tandem solarni dostupne su i ćelije u kojima se koriste specifične ćelije koje su optimizirane za svaki dio Sunčevog spektra što dovodi do povećanja ukupne učinkovitosti. Materijal zvan perovskiti smatra se boljim od silicija u apsorpciji visokoenergetskih plavih fotona sunčeve svjetlosti, tj. drugog dijela sunčevog spektra. Perovskiti su polikristalni materijal (općenito metilamonijev olovni trihalid (CH3NH3PbX3, gdje je X atom joda, broma ili klora). Perovskite je lako preraditi u slojeve koji upijaju sunčevu svjetlost. Ranije studije kombinirale su silicij i perovskite u solarne ćelije, tj. imale silicijske ćelije na vrh koji može apsorbirati žute, crvene i bliske infracrvene fotone zajedno s perovskitnim stanicama i tako gotovo udvostručiti proizvodnju energije.
U novoj studiji objavljenoj u Znanost 3. svibnja istraživači su po prvi put razvili sve perovskite tandem solarne ćelije koje daju učinkovitost do 25 posto. Taj se materijal naziva olovno-kositar miješani niskopojasni perovskitni film ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA za formamidinij i MA za metilamonij). Kositar ima nedostatak jer reagira s kisikom iz zraka stvarajući nedostatke u kristalnoj rešetki što može poremetiti kretanje električnog naboja u solarni stanica čime se ograničava učinkovitost stanice. Istraživači su pronašli način kako spriječiti reakciju kositra u perovskitu s kisikom. Koristili su kemijski spoj nazvan gvanidinijev tiocijanat za značajno poboljšanje strukturnih i optoelektroničkih svojstava olovno-kositrenih miješanih niskopojasnih perovskitnih filmova. Spoj gvanidinijev tiocijanat oblaže kristalite perovskita u solarni upijajući film čime se sprječava kisik da uđe unutra i reagira s kositrom. Time se učinkovitost solarne ćelije odmah povećava s 18 na 20 posto. Također, kada je ovaj novi materijal kombiniran s konvencionalno korištenim gornjim perovskitnim slojem visoke apsorpcije, učinkovitost se dodatno povećala na 25 posto.
Sadašnja studija po prvi put opisuje dizajn tandemskih solarnih ćelija koje koriste sve tanke filmove perovskita i ova tehnologija bi jednog dana mogla zamijeniti silicij u solarnim ćelijama. Novi materijal je visoke kvalitete, jeftin je i njegova je izrada jednostavnija, dok je cijena niska u usporedbi s tandem ćelijama silicija i silicija-perovskita. Perovskiti su materijal koji je napravio čovjek u usporedbi sa silicijem, a solarni paneli na bazi perovskita su fleksibilni, lagani i poluprozirni. Iako će sadašnjem materijalu trebati neko vrijeme da nadmaši učinkovitost silicij-perovskit tehnologije. Ipak, polikristalni filmovi na bazi perovskita imaju potencijal za projektiranje tandemskih solarnih ćelija koje bi mogle osigurati učinkovitost do 30 posto, a da druge čimbenike ne ometaju. Potrebne su daljnje studije kako bi materijal bio robustan, stabilniji i reciklirajući kako bi se smanjio utjecaj na okoliš. Sektor solarne energije jedan je od najbrže rastućih, a krajnji cilj je otkriti obećavajuću alternativu za čistu energiju.
***
{Izvorni istraživački rad možete pročitati klikom na vezu DOI koja se nalazi u nastavku na popisu citiranih izvora}
Izvor (i)
Tong J. i sur. 2019. Životni vijek nositelja od >1 μs u Sn-Pb perovskitima omogućuje učinkovite tandemske solarne ćelije od svih perovskita. Znanost, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
