Perovskit-solceller springer mod kommercialisering

Solenergi har længe været betragtet som den mest bæredygtige mulighed for at erstatte vores afhængighed af fossile brændstoffer, men teknologier til at omdanne solenergi til elektricitet skal være både effektive og billige.

Forskere fra Energy Materials and Surface Sciences Unit ved Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) mener, at de har fundet en vindende formel i en ny metode til at fremstille billige højeffektive solceller. Prof. Yabing Qi og hans team fra OIST i samarbejde med Prof. Shengzhong Liu fra Shaanxi Normal University, Kina, udviklet cellerne ved hjælp af de materialer og forbindelser, der efterligner den krystallinske struktur af det naturligt forekommende mineral perovskit. De beskriver deres teknik i en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

I hvad prof. Qi omtaler som "den gyldne trekant, "solcelleteknologier skal opfylde tre betingelser for at være værd at kommercialisere:deres omdannelseshastighed af sollys til elektricitet skal være høj, de skal være billige at producere, og de skal have en lang levetid. I dag, de fleste kommercielle solceller er lavet af krystallinsk silicium, som har en relativ høj virkningsgrad på omkring 22%. Selvom silicium, råmaterialet til disse solceller, er rigeligt, at behandle det har en tendens til at være komplekst og øger produktionsomkostningerne, gør det færdige produkt dyrt.

Perovskite tilbyder en mere overkommelig løsning, Prof. Qi siger. Perovskite blev første gang brugt til fremstilling af solceller i 2009 af prof. Tsutomu Miyasakas forskerhold ved Toin University of Yokohama, Japan, og siden da har det hurtigt fået betydning. "Forskning i perovskitceller er meget lovende. På kun ni år, effektiviteten af ​​disse celler gik fra 3,8 % til 23,3 %. Andre teknologier har taget over 30 års forskning for at nå samme niveau, " forklarer prof. Qi. Fremstillingsmetoden, han og hans forskerhold har udviklet, producerer perovskit-solceller med en effektivitet, der kan sammenlignes med krystallinske siliciumceller, men det er potentielt meget billigere end at lave siliciumsolceller.

For at lave de nye celler, forskerne har belagt transparente ledende substrater med perovskitfilm, der absorberer sollys meget effektivt. De brugte en gas-fast reaktionsbaseret teknik, hvor substratet først belægges med et lag af hydrogenblytriiodid inkorporeret med en lille mængde chlorioner og methylamingas - hvilket giver dem mulighed for reproducerbart at lave store ensartede paneler, hver bestående af flere solceller.

Ved udvikling af metoden forskerne indså, at at gøre perovskitlaget 1 mikron tykt øgede solcellens levetid betydeligt. "Solcellerne er næsten uændrede efter at have arbejdet i 800 timer, " siger Dr. Zonghao Liu, en postdoc i Prof. Qi's forskningsenhed ved OIST og førsteforfatter af undersøgelsen. Ud over, en tykkere belægning øgede ikke kun stabiliteten af ​​solcellerne, men lettede også fremstillingsprocesserne, og dermed sænke produktionsomkostningerne. "Det tykkere absorberende lag sikrer god reproducerbarhed af solcellefremstilling, hvilket er en vigtig fordel for masseproduktion i realistiske industrielle omgivelser, " siger Dr. Liu.

Den store udfordring Prof. Qi og hans team nu står over for er at øge størrelsen på deres nydesignede solcelle fra prototypen på 0,1 mm2 til store kommercielle paneler, der kan være flere fod lange. Det er her, industrien kan hjælpe. "Der er en stor kløft mellem resultaterne i laboratoriet og virkeligheden, og industrien er ikke altid klar til selv at dække hele dette hul. Så, forskerne skal tage endnu et nødvendigt skridt ud over deres laboratorier og møde industrien halvvejs, " siger prof. Qi.

For at tage det skridt, Prof. Qi og teamet modtog en generøs bevilling fra OIST's Technology Development and Innovation Center, under deres Proof-of-Concept-program. Med den finansiering, holdet har bygget en arbejdsmodel af deres nye perovskite solcellemoduler bestående af flere solceller på 5 cm × 5 cm substrater, med et aktivt areal på 12 cm2 - meget større end deres eksperimentelle prototype, men mindre end hvad der kræves til kommercielle formål. Selvom processen med opskalering har reduceret effektiviteten af ​​cellerne fra 20 % til 15 %, forskerne er optimistiske om, at de vil være i stand til at forbedre den måde, de arbejder på i de kommende år og med succes kommercialisere deres anvendelse.