Lys fremtid for solcelleteknologi

Nye uorganiske perovskit-solceller tackler tre centrale udfordringer inden for solcelleteknologi:effektivitet, stabilitet, og omkostninger.

Henter energi fra solen, som udsender en enorm kraftfuld energi fra midten af ​​solsystemet, er et af hovedmålene for at opnå en bæredygtig energiforsyning.

Lysenergi kan omdannes direkte til elektricitet ved hjælp af elektriske apparater kaldet solceller. Til dato, de fleste solceller er lavet af silicium, et materiale, der er meget godt til at absorbere lys. Men siliciumplader er dyre at producere.

Forskere har arbejdet på et alternativ, lavet af perovskitstrukturer. Ægte perovskit, et mineral fundet i jorden, består af calcium, titanium og ilt i et specifikt molekylært arrangement. Materialer med den samme krystalstruktur kaldes perovskitstrukturer.

Perovskitstrukturer fungerer godt som det lyshøstende aktive lag i en solcelle, fordi de absorberer lys effektivt, men er meget billigere end silicium. De kan også integreres i enheder ved hjælp af relativt simpelt udstyr. For eksempel, de kan opløses i opløsningsmiddel og spraycoates direkte på substratet.

Materialer fremstillet af perovskitstrukturer kan potentielt revolutionere solcelleenheder, men de har en alvorlig ulempe:de er ofte meget ustabile, forværres ved udsættelse for varme. Dette har hindret deres kommercielle potentiale.

Enheden Energy Materials and Surface Sciences ved Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), ledet af prof. Yabing Qi, har udviklet enheder, der bruger et nyt perovskitmateriale, der er stabilt, effektiv og relativt billig at producere, baner vejen for deres brug i morgendagens solceller. Deres arbejde blev for nylig offentliggjort i Avancerede energimaterialer . Postdoktorer Dr. Jia Liang og Dr. Zonghao Liu leverede store bidrag til dette arbejde.

Dette materiale har flere nøglefunktioner. Først, det er fuldstændig uorganisk - et vigtigt skifte, fordi organiske komponenter normalt ikke er termostabile og nedbrydes under varme. Da solceller kan blive meget varme i solen, varmestabilitet er afgørende. Ved at udskifte de organiske dele med uorganiske materialer, forskerne gjorde perovskit -solcellerne meget mere stabile.

"Solcellerne er næsten uændrede efter udsættelse for lys i 300 timer, "siger Dr. Zonghao Liu, en forfatter på papiret.

Hele uorganiske perovskit-solceller har en tendens til at have lavere lysabsorption end organisk-uorganiske hybrider, imidlertid. Det er her, den anden funktion kommer ind:OIST -forskerne dopede deres nye celler med mangan for at forbedre deres ydeevne. Mangan ændrer materialets krystalstruktur, øger sin lette høstkapacitet.

"Ligesom når du tilføjer salt til en skål for at ændre dens smag, når vi tilføjer mangan, det ændrer solcellens egenskaber, "siger Liu.

For det tredje, i disse solceller, elektroderne, der transporterer strøm mellem solcellerne og ydre ledninger, er lavet af kulstof, frem for det sædvanlige guld. Sådanne elektroder er betydeligt billigere og lettere at producere, dels fordi de kan udskrives direkte på solcellerne. Fremstilling af guldelektroder, på den anden side, kræver høje temperaturer og specialudstyr som f.eks. et vakuumkammer.

Der er stadig en række udfordringer, der skal overvindes, før perovskit -solceller bliver lige så kommercielt levedygtige som siliciumsolceller. For eksempel, mens perovskite solceller kan vare i et eller to år, silicium solceller kan fungere i 20 år.

Qi og hans kolleger fortsætter med at arbejde på disse nye cellers effektivitet og holdbarhed, og udvikler også processen med at fremstille dem i kommerciel skala. I betragtning af hvor hurtigt teknologien har udviklet sig siden den første perovskite solcelle blev rapporteret i 2009, fremtiden for disse nye celler ser lys ud.