Studie beschrijft een nieuwe volledig perovskiettandem zonne- cel die het potentieel heeft om een goedkope en efficiëntere manier te bieden om de energie van de zon te benutten om elektrische energie op te wekken
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 technologie is zo'n methode die het vermogen heeft om het licht van de zon – de meest voorkomende hernieuwbare energiebron – te benutten en om te zetten in elektrische energie of kracht. De voordelige factoren van zonne- energie in termen van voordelen voor mens en milieu hebben een sleutelrol gespeeld bij het bevorderen van het gebruik ervan zonne- energie.
Silicium is het meest gebruikte materiaal om te maken zonne- cellen in zonnepanelen die vandaag op de markt verkrijgbaar zijn. Het fotovoltaïsche proces van zonne- cellen kunnen zonlicht omzetten in elektriciteit zonder extra brandstof te gebruiken. Ontwerp en efficiëntie van silicium zonne- panelen zijn de afgelopen decennia aanzienlijk verbeterd dankzij de vooruitgang in productie en technologie. Het fotovoltaïsche rendement van a zonne- Cel wordt gedefinieerd als het deel van de energie dat de vorm heeft van zonlicht en dat kan worden omgezet in elektriciteit. Het fotovoltaïsche rendement en de totale kosten zijn de twee belangrijkste beperkende factoren zonne- panelen vandaag.
Behalve silicium zonne- cellen, tandem zonne- Er zijn ook cellen beschikbaar waarin specifieke cellen worden gebruikt die zijn geoptimaliseerd voor elk deel van het spectrum van de zon, wat leidt tot een toename van de algehele efficiëntie. Een materiaal genaamd perovskieten wordt beschouwd als beter dan silicium in het absorberen van hoogenergetische blauwe fotonen uit zonlicht, dat wil zeggen een ander deel van het spectrum van de zon. Perovskieten zijn polykristallijn materiaal (meestal methylammonium-loodtrihalogenide (CH3NH3PbX3, waarbij X een jodium-, broom- of chlooratoom is). Perovskieten zijn gemakkelijk te verwerken tot zonlichtabsorberende lagen. Eerdere studies hebben silicium en perovskieten gecombineerd tot zonnecellen, dat wil zeggen met siliciumcellen op de cel. top die gele, rode en nabij-infrarode fotonen kan absorberen, samen met perovskietcellen, waardoor de productie van energie bijna wordt verdubbeld.
In een nieuwe studie gepubliceerd in Wetenschap op 3 mei hebben onderzoekers voor het eerst alle perovskieten-tandemzonnecellen ontwikkeld die een efficiëntie tot 25 procent opleveren. Dit materiaal wordt lood-tin gemengde perovskietfilm met 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 de elektrische lading in de lucht kunnen verstoren. zonne- cel, 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 lage bandafstand aanzienlijk te verbeteren. De verbinding guanidiniumthiocyanaat bedekt perovskietkristallieten in de zonne- absorberende film waardoor wordt voorkomen dat zuurstof naar binnen gaat en reageert met tin. Dit verhoogt meteen het rendement van de zonnecel van 18 naar 20 procent. Toen dit nieuwe materiaal werd gecombineerd met de 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
