Nanorørfilm kan løse levetidsproblemet for udfordrende solceller

Fem år siden, verden begyndte at tale om tredje generations solceller, der udfordrede de traditionelle siliciumceller med en billigere og enklere fremstillingsproces, der brugte mindre energi.

Methylammonium blyiodid er et metalorganisk materiale i perovskitkrystalstrukturen, der opfanger lys effektivt og leder elektricitet godt – begge vigtige kvaliteter i solceller. Imidlertid, levetiden for solceller lavet af metalorganiske perovskiter har vist sig at være meget kort sammenlignet med celler lavet af silicium.

Nu forskere fra Aalto Universitet, Uppsala Universitet og École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) i Schweiz har formået at forbedre den langsigtede stabilitet af solceller lavet af perovskit ved hjælp af "tilfældige netværk" nanorørfilm udviklet under ledelse af professor Esko Kauppinen ved Aalto Universitet. Tilfældige netværks nanorørfilm er film sammensat af enkeltvæggede kulstofnanorør, der i et elektronmikroskopbillede ligner spaghetti på en plade.

'I en traditionel perovskit-solcelle, hullederlaget består af organisk materiale og, Oven på det, et tyndt lag guld, der let begynder at gå i opløsning og diffundere gennem hele solcellestrukturen. Vi erstattede guldet og også en del af det organiske materiale med film lavet af kulstof nanorør og opnåede god cellestabilitet i 60 grader og fuld en sol belysningsforhold', forklarer Kerttu Aitola, der forsvarede sin doktorafhandling ved Aalto Universitetet og nu arbejder som forsker ved Uppsala Universitet

I undersøgelsen, tykke sorte film med så høj ledningsevne som muligt blev brugt i bagkontakten af ​​solcellen, hvor lyset ikke behøver at trænge igennem. Ifølge Aitola, nanorørfilm kan også laves gennemsigtige og tynde, hvilket ville gøre det muligt at bruge dem som frontkontakt i cellen, med andre ord som kontakten, der slipper lys igennem.

»Solcellerne blev klargjort i Uppsala, og langtidsstabilitetsmålingen blev udført på EPFL. Lederen af ​​solcellegruppen ved EPFL er professor Michael Grätzel, som blev tildelt Millennium Prize 2010 for farvestofsensibiliserede solceller, hvorpå perovskitsolcellerne også delvist er baseret på', siger Aitola.

Solceller i vinduer

Levetiden for solceller lavet af silicium er 20-30 år, og deres industrielle produktion er meget effektiv. Stadig, der er behov for alternativer, da reduktion af siliciumdioxid i sand til silicium bruger en enorm mængde energi. Det anslås, at en siliciumsolcelle har brug for to eller tre år til at producere den energi, der blev brugt til at fremstille den, hvorimod en perovskit-solcelle kun ville bruge to eller tre måneder for at gøre det.

'Ud over, silicium brugt i solceller skal være ekstremt rent', siger Aitola.

'Perovskite solcelle er også interessant, fordi dens effektivitet, med andre ord hvor effektivt den omdanner sollysenergi til elektrisk energi, har meget hurtigt nået niveauet for siliciumsolceller. Det er derfor, der forskes så meget på perovskit-solceller globalt.'

De alternative solceller er endnu mere interessante på grund af deres forskellige anvendelsesområder. Fleksible solceller er indtil nu blevet fremstillet på ledende plast. Sammenlignet med det ledende lag af plast, fleksibiliteten af ​​nanorørfilm er overlegen, og råvarerne er billigere. Takket være deres fleksibilitet, solceller kunne fremstilles ved hjælp af rulle-til-rulle bearbejdningsmetoden kendt fra papirindustrien.

'Lette og fleksible solceller ville være nemme at integrere i bygninger, og du kunne også hænge dem i vinduer alene', siger Aitola.