Forskere bruger flydende blæk til at skabe bedre solceller

(Phys.org) - Solcellernes grundlæggende funktion er at høste sollys og gøre det til elektricitet. Dermed, det er kritisk vigtigt, at filmen, der samler lyset på overfladen af ​​cellen, er designet til den bedste energiabsorbering. Jagten på at udvikle mere effektive solceller har resulteret i en hård konkurrence mellem forskere om at finde de laveste omkostninger og højeste energimaterialer.

Mod det mål, et mangfoldigt team af UCLA -forskere fra California NanoSystems Institute forbedrer effektiviteten af ​​nye filmmaterialer, der revolutionerer solcelleteknologi. Forskere ledet af professor Yang Yang, Carol og Lawrence E. Tannas Jr. Professor i teknik ved UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, for nylig offentliggjort to undersøgelser, hvor de øgede effektomdannelseseffektiviteten af ​​materialerne kesterit og perovskit til fremstilling af yderst effektive og billige solceller.

Kesterit

Kesterit er et uorganisk stof (ikke afledt af planter eller dyr), der er fremstillet af rigelige materialer, såsom kobber, zink, tin og svovl. UCLA -teamet har udviklet en måde at øge omdannelsen af ​​sollys til elektricitet ved at kontrollere sammensætningen og spredningen af ​​kesterit -nanokrystaller i et blæk, der bruges til at skabe filmen, der bruges i solceller.

I et papir udgivet online 8. august i tidsskriftet ACS Nano , Yang -gruppen viste, at deres evne til at kontrollere og forbedre den rumlige sammensætning og distribution af nanokrystaller i kesteritblækket forbedrede sin effektomdannelseseffektivitet til 8,6 procent med en konsekvent og gentagelig teknik.

"Enheden bruger kobber, zink og tin, og vi var i stand til at kontrollere forholdet mellem elementerne for at gøre nanokrystallerne bedre, "sagde Huanping Zhou, en postdoktor og første forfatter af undersøgelsen. "Et problem tidligere var for mange defekter i filmen på grund af elementfordelingsproblemet. Vi syntetiserer nu nanokrystaller på en måde til præcist at kontrollere de rumlige elementer og distribution i filmen. Dette giver os mulighed for at maksimere solcelleeffektiviteten. "

Yang sagde, at teamet var i stand til at udføre en fuldstændig løsningsproces med materialet. "Det betyder, at alle nødvendige solcellelag er nødvendige - adsorbenten, elektroden, etc., er væske, der kan sprøjtes eller males på en overflade for at gøre overfladen til en solcelle, "sagde han." Det kan være taget på en elbil, eller en bygnings ydervægge, vinduer eller tag. "

Yang påpegede også, at kesterit er meget stabil, og det kobber, zink og tin er billige og bredt tilgængelige.

Perovskit

Perovskite er et organisk og uorganisk hybridmateriale, der kombinerer kulstof og bly. Siden det blev brugt som solcellemateriale for fem år siden, forbedringer har avanceret sin effektkonverteringseffektivitet til næsten 20 procent, som vist i en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Videnskab den 1. august.

"Vi har udviklet en teknik til at kontrollere dannelsen af ​​perovskitten til at lave en solcelle med lige under 20 procent effektivitet, "sagde Qi Chen, postdoktor og første forfatter på undersøgelsen med Zhou, "Perovskite er et meget billigt materiale at producere og er meget tyndt, en tusindedel af tykkelsen af ​​en normal silicium solcelle. Det kan gøres fleksibelt, hængt på væggen, eller kunne bruges til at bygge en solfarm. "

Perovskite begynder også som flydende blæk, og UCLA -forskerne kontrollerede delikat materialets dynamik under dets vækst, som udføres i luft ved lave temperaturer. Dette gør fremstilling af perovskit-enheder med stort område med højt ydelsesniveau billigt. Den forbedrede teknik kan bruges i perovskit-baserede enheder til forskellige applikationer som lysemitterende dioder, felt-effekt transistorer, og sensorer.

Chen sagde, at fordi perovskit i øjeblikket er ustabilt i luften og forringes over tid, forskerne arbejder på langsigtet stabilitet for at gøre den mere stabil. Og fordi bly er et giftigt element, miljøvenlige blyfrie perovskitmaterialer ville være et attraktivt emne i fremtiden.

Yang sagde, at med konkurrencen i lavpris, højeffektive solceller er så varme, hans team forfølger så mange veje som muligt mod målet om at have den mest effektive, billigste solceller.