Study describes a novel all-perovskite tandem zonne- cell which has the potential to provide inexpensive and more efficient way to harness Sun’s energy to generate electrical power
Onze afhankelijkheid van niet-hernieuwbare bronnen van energie-niveau fossiele brandstoffen genoemd, zoals kolen, olie en gas, heeft een enorme negatieve impact gehad op mens en milieu. Verbranding van fossiele brandstoffen draagt bij aan het broeikaseffect en veroorzaakt opwarming van de aarde, vernietigt habitats, veroorzaakt lucht-, water- en landvervuiling en tast de volksgezondheid aan. Er is een dringende behoefte aan het bouwen van duurzame technologie die kan helpen om: energie de wereld met schone energie. Zonne energie technology is one such method which has the capability to harness Sun’s light – the most abundant renewable source of energy – and convert it into electrical energy or power. The advantageous factors of zonne- energy in terms of benefitting humans and environment have played a key role in promoting use of zonne- energie.
Silicium is het meest gebruikte materiaal om te maken zonne- cellen in zonnepanelen that are available in the market today. The photovoltaic process of zonne- cells can transform sunlight into electricity without additional use of any fuel. Design and efficiency of silicon zonne- panels has significantly improved over decades due to advancements in manufacturing and technology. The photovoltaic efficiency of a zonne- cell is defined as the portion of the energy which is in the form of sunlight and which can be converted into electricity. Photovoltaic efficiency and overall costs are the two main limiting factors in zonne- panels today.
Apart from silicon zonne- cells, tandem zonne- cells are also available in which specific cells are used which are optimized for every section of the Sun’s spectrum thereby leading to increase in overall efficiency. A material called perovskites is considered better than silicon in absorbing high-energy blue photons from sunlight i.e. another part of the Sun’s spectrum. Perovskites are polycrystalline material (generally methylammonium lead trihalide (CH3NH3PbX3, where X is iodine, bromine or chlorine atom). Perovskites are easy to process into sunlight-absorbing layers. Earlier studies have combined silicon and perovskites into solar cells i.e. having silicon cells on the top which can absorb yellow, red and near infrared photons along with perovskite cells thus almost doubling the production of power.
In een nieuwe studie gepubliceerd in Wetenschap op 3 mei hebben onderzoekers voor het eerst alle perovskieten tandem-zonnecellen ontwikkeld die een efficiëntie tot 25 procent opleveren. Dit materiaal wordt lood-tin gemengde perovskietfilm met een lage bandafstand genoemd ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA voor formamidinium en MA voor methylammonium). Tin heeft het nadeel dat het reageert met zuurstof uit de lucht, waardoor defecten in het kristalrooster ontstaan die de beweging van elektrische lading in de zonnecel kunnen verstoren, waardoor de efficiëntie van de cel wordt beperkt. Onderzoekers hebben een manier gevonden om te voorkomen dat tin in perovskiet reageert met zuurstof. Ze gebruikten een chemische verbinding genaamd guanidiniumthiocyanaat om de structurele en opto-elektronische eigenschappen van lood-tin gemengde perovskietfilms met een lage bandafstand aanzienlijk te verbeteren. De verbinding guanidiniumthiocyanaat bedekt perovskietkristallieten in de zonne-absorberende film, waardoor wordt voorkomen dat zuurstof naar binnen gaat om met tin te reageren. Hierdoor stijgt het rendement van de zonnecel direct van 18 naar 20 procent. Ook toen dit nieuwe materiaal werd gecombineerd met een conventioneel gebruikte hoogabsorberende perovskietlaag, nam de efficiëntie verder toe tot 25 procent.
De huidige studie beschrijft voor het eerst het ontwerp van tandemzonnecellen met behulp van alle perovskiet-dunne-films en deze technologie zou ooit silicium in zonnecellen kunnen vervangen. Het nieuwe materiaal is van hoge kwaliteit, goedkoop en de fabricage is eenvoudiger, terwijl de kosten laag zijn in vergelijking met tandemcellen van silicium en silicium-perovskieten. Perovskieten zijn door de mens gemaakt materiaal in vergelijking met silicium en op perovskieten gebaseerde zonnepanelen zijn flexibel, lichtgewicht en semi-transparant. Hoewel het huidige materiaal enige tijd nodig heeft om de efficiëntie van silicium-perovskiet-technologie te overtreffen. Desalniettemin hebben op perovskiet gebaseerde polykristallijne films het potentieel voor het ontwerpen van tandemzonnecellen die een efficiëntie tot 30 procent kunnen bieden terwijl andere factoren ongehinderd blijven. Verdere studies zijn nodig om het materiaal robuuster, stabieler en ook recycleerbaar te maken om de impact op het milieu te verminderen. De zonne-energiesector is een van de snelst groeiende en het uiteindelijke doel is om een veelbelovend alternatief voor schone energie te ontdekken.
***
{U kunt de originele onderzoekspaper lezen door op de DOI-link hieronder in de lijst met geciteerde bron(nen) te klikken}
Bron (nen)
Tong J. et al. 2019 Carrier-levensduren van> 1 μs in Sn-Pb-perovskieten maken efficiënte tandem-zonnecellen met alle perovskiet mogelijk. Wetenschap, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
