Forskere øger stabiliteten af ​​billige omkostninger, store solcellemoduler

Forskere ved Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) har løst en grundlæggende svaghed i en lovende solteknologi kendt som Perovskite Solar Cells, eller PSC'er. Deres innovationer ser ud til at forbedre både enhedernes stabilitet og skalerbarhed på én gang og kunne være nøglen til at flytte PSC'er til markedet.

Tredje generations solceller konverterer effektivt sollys til brugbar elektricitet og koster mindre energi at fremstille end siliciumceller fra old-school. PSC'er, i særdeleshed, har vakt opmærksomhed fra videnskab og industri takket være deres lave omkostninger og høje effektivitet. Selvom deres præstationer er lovende i laboratorietest, enhederne lider stadig af lav stabilitet og kan ikke produceres kommercielt, før de er bygget til at holde.

"Vi har brug for solcellemoduler, der kan holde i mindst 5 til 10 år. For nu, PSC'ernes levetid er meget kortere, "sagde Dr. Longbin Qiu, første forfatter til papiret og en postdoktor i OIST Energy Materials and Surface Sciences Unit, ledet af prof. Yabing Qi.

Studiet, udgivet online i Avancerede funktionelle materialer den 13. december, 2018, understøtter forudgående beviser for, at et almindeligt anvendt materiale i PSC'er, kaldet titandioxid, nedbryder enhederne og begrænser deres levetid. Forskerne erstattede dette materiale med tindioxid, en stærkere leder uden disse nedværdigende egenskaber. De optimerede deres metode til at anvende tindioxid til at producere stabil, effektive og skalerbare PSC'er.

I forsøg, forskerne fandt ud af, at tindioxidbaserede enheder viste levetider over tre gange længere end PSC-enheder, der brugte titandioxid. "Tindioxid kan give brugerne den enhedsydelse, de har brug for, "sagde Qiu.

Et forbedret design

PSC'er består af lagdelte materialer, hver med en bestemt funktion. Det "aktive lag, "lavet af perovskitmaterialer, absorberer indgående sollys i form af partikler kaldet fotoner. Når en foton rammer en solcelle, det genererer negativt ladede elektroner og positivt ladede huller i det aktive lag. Forskere styrer strømmen af ​​disse elektroner og huller ved at lægge det aktive lag mellem to "transportmaterialer, "og skaber dermed et indbygget elektrisk felt.

For at hjælpe med at indføre elektroner i den rigtige retning, mange PSC'er inkluderer et "elektrontransportlag". De fleste PSC'er anvender titandioxid som deres elektrontransportlag, men når det udsættes for sollys, materialet reagerer med perovskit og nedbryder i sidste ende enheden. Tindioxid står som en levedygtig erstatning for titandioxid, men før denne undersøgelse, det var ikke med succes blevet indarbejdet i en storstilet enhed.

Ved hjælp af en almindelig teknik i branchen kaldet sputtering deposition, forskerne lærte, hvordan man laver et effektivt elektrontransportlag af tindioxid. Sputtering af aflejringer fungerer ved at bombardere målmaterialet, her tindioxid, med ladede partikler, får det til at sprøjte opad på en venteoverflade. Ved præcist at kontrollere forstøvningens kraft og aflejringens hastighed, forskerne producerede glatte lag med en ensartet tykkelse over et stort område.

Deres nye solceller opnåede en effektivitet på over 20 procent. For at demonstrere skalerbarheden af ​​denne nye metode, forskerne fremstillede derefter 5 x 5 centimeter solcellemoduler med et bestemt område på 22,8 kvadratcentimeter, at finde, at de resulterende enheder viste over 12 procent effektivitet. Denne forskning, som blev understøttet af OIST Technology Development and Innovation Centers Proof-of-Concept-program, repræsenterer et afgørende skridt fremad mod at opfylde den nuværende industristandard for PSC -effektivitet.

Flytter til Market

Forskerne planlægger at fortsætte med at optimere deres PSC-design med det mål at producere store solcellemoduler med forbedret effektivitet. Forskningsenheden eksperimenterer med fleksible, gennemsigtige solcelleanordninger og har til formål at anvende deres optimerede PSC -design i solvinduer, gardiner, rygsække og opladelige enheder.

"Vi vil skalere disse enheder til en stor størrelse, og selvom deres effektivitet allerede er rimelig, vi vil skubbe det videre, "sagde prof. Qi." Vi er optimistiske over, at i de næste par år, denne teknologi vil være levedygtig til kommercialisering. "