Allikas: sciencedaily
Georgia Techi teadlasel on perovskite baasil põhinev päikesepatarei, mis on paindlik ja kergem kui ränipõhised versioonid.
Krediit: Rob Felt, Georgia Tech
Perovskitil põhinevate päikesepatareide kohta on palju. Nad on lihtsad ja odavad tootma, pakuvad paindlikkust, mis suudaks avada laia uue paigaldusmeetodite ja kohtade ulatuse, ning viimastel aastatel on jõudnud energiatõhususse, mis läheneb traditsiooniliste ränipõhiste rakkude omale.
Aga väljakutse, kuidas valmistada perovskitipõhiseid energiaseadmeid, mis kestavad kauem kui paar kuud, on olnud väljakutse.
Nüüd on Gruusia Tehnoloogiainstituudi, California Ülikooli San Diego ja Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi uurijad teatanud uutest tulemustest perovskite päikesepatareide kohta, mis võiksid olla tee paremaks toimimiseks.
"Perovskite päikesepatareid pakuvad palju potentsiaalseid eeliseid, sest need on äärmiselt kerged ja neid saab teha painduvate plastist aluspindadega," ütles Juan-Pablo Correa-Baena, Gruusia tehnikainstituudi professor. "Selleks, et turul saaks konkureerida ränipõhiste päikesepatareidega, peavad need olema tõhusamad."
Uuringus, mis avaldati 8. veebruaril ajakirjas Science ja mida sponsoreeris USA Department Energy ja National Science Foundation, kirjeldasid uurijad üksikasjalikumalt mehhanisme, kuidas leelismetalli lisamine traditsioonilistele perovskitidele toob kaasa parema jõudluse.
"Perovskites võiks tõesti päikese käes mängu muuta," ütles California San Diego ülikooli nanoinstituudi professor David Fenning. "Neil on potentsiaal vähendada kulusid, ilma et see oleks jõudnud tööle. Kuid nende materjalide kohta on veel palju õppida."
Perovskite kristallide mõistmiseks on kasulik mõelda selle kristallstruktuurile kui triaadile. Triaadi üks osa moodustatakse tavaliselt elemendi pliist. Teine on tavaliselt valmistatud orgaanilisest komponendist, nagu metüülammoonium, ja kolmas koosneb sageli muudest halogeniididest nagu broom ja jood.
Viimastel aastatel on teadlased keskendunud erinevate retseptide testimisele, et saavutada paremat efektiivsust, näiteks joodi ja broomi lisamine struktuuri juhtkomponendile. Hiljem püüdsid nad cesiumit ja rubiidiumit asendada perovskite osaga, mida tavaliselt kasutasid orgaanilised molekulid.
"Me teadsime varasematest töödest, et tseesium- ja rubiidiumisisalduse lisamine broomi- ja joodijoogi segaplastitile toob kaasa parema stabiilsuse ja suurema jõudluse," ütles Correa-Baena.
Kuid vähe oli teada, miks nende leelismetallide lisamine parandas perovskiitide jõudlust.
Et täpselt mõista, miks see tundus olevat töötav, kasutasid teadlased suure intensiivsusega röntgenkiirte kaardistamist, et uurida perovskiteid nanomõõdul.
"Vaadates perovskite materjalist koosnevat kompositsiooni, näeme, kuidas iga üksik element omab rolli seadme jõudluse parandamisel," ütles Yanqi (Grace) Luo, UC San Diego nanoinstituudi doktorant.
Nad avastasid, et kui tseesium ja rubiidium lisati segatud broomi ja joodi pliiatsetriidile, põhjustas see broomi ja joodi homogeensema segunemise, mille tulemuseks oli kuni 2 protsenti suurem konversioonitõhusus kui nende lisanditeta materjalidel.
"Leidsime, et keemia ja struktuuri ühtsus on see, mis aitab perovskite päikesepatareil oma potentsiaali kõige paremini kasutada," ütles Fenning. "Igasugune heterogeensus selles selgroos on nagu ahela nõrk lüli."
Sellegipoolest täheldasid uurijad ka seda, et rubiidiumi või tseesiumi lisamine põhjustas broomi ja joodi homogeensuse, halogeniidmetallid ise oma katioonis jäid üsna rühmitatuks, tekitades päikesepatarei mitteaktiivsed "surnud tsoonid", mis ei tekita voolu.
"See oli üllatav," ütles Fenning. "Nende surnud tsoonide tapmine tapaks tavaliselt päikesepatarei. Teistes materjalides toimivad nad nagu mustad augud, mis imevad elektronid teistest piirkondadest ja ei lase neil kunagi minna, nii et te kaotate voolu ja pinge.
"Kuid nendes perovskites nägime, et rubiidide ja tseesiumide ümbruses surnud tsoonid ei olnud päikesepatareide jõudlusele liiga kahjulikud, kuigi praeguse kadu oli mõningane," ütles Fenning. "See näitab, kui tugevad on need materjalid, vaid ka see, et on veel rohkem võimalusi täiustamiseks."
Tulemused lisavad arusaamist sellest, kuidas perovskite baasil töötavad seadmed töötavad nanomõõtmel ja võivad alustada tulevaste paranduste tegemist.
"Need materjalid lubavad olla väga kuluefektiivsed ja suure jõudlusega, mis on päris palju see, mida me peame tagama fotogalvaaniliste paneelide laialdase kasutuselevõtu," ütles Correa-Baena. "Me tahame püüda kompenseerida kliimamuutuse küsimusi, nii et idee on, et fotogalvaanilised elemendid oleksid võimalikult odavad."
