Zespół badawczy poprawił wydajność perowskitowych ogniw słonecznych (23% PCE) i żywotność (o 66% dłuższą), eliminując ukryte ścieżki degradacji i opracowując niedrogie i zrównoważone rozwiązania energetyczne.
Międzynarodowy zespół kierowany przez Uniwersytet w Surrey we współpracy z Imperial College w Londynieopracowali strategię mającą na celu poprawę zarówno wydajności, jak i stabilności ogniw słonecznych na bazie perowskitu, uwzględniając wcześniej nieodkrytą ścieżkę degradacji.
W nowym badaniu opublikowanym w Nauka o energii i środowiskuInstytut Zaawansowanych Technologii (ATI) w Surrey szczegółowo opisuje, w jaki sposób wraz ze swoimi współpracownikami udało się wyprodukować ogniwa słoneczne z perowskitu ołowiowo-cynowego, które osiągają ponad 23% sprawności konwersji mocy (PCE) – jeden z najlepszych wyników osiągniętych w przypadku tego materiału i co ważne, strategia projektowania, która wydłuża żywotność tych urządzeń o 66%. PCE odnosi się do ilości światła słonecznego, które ogniwo może przekształcić w użyteczną energię elektryczną.
Chociaż krzemowe panele słoneczne są obecnie stosowane na wielu dachach, na rynku pojawiają się perowskitowo-krzemowe panele słoneczne, przy czym oczekuje się, że kolejnym dużym krokiem w tej technologii będą panele w pełni wykonane w całości z perowskitu o jeszcze wyższej wydajności.
Sprostanie wyzwaniom związanym z perowskitowymi ogniwami słonecznymi
Aby jednak technologia ta była opłacalna komercyjnie, naukowcy muszą stawić czoła wyzwaniu poprawy zarówno stabilności, jak i wydajności, szczególnie w przypadku ogniwa perowskitowo-ołowiowo-cynowego zastosowanego w tym projekcie. To wspólne badanie zainicjowane przez Uniwersytet w Surrey identyfikuje wcześniej ukryte mechanizmy, które przyczyniają się zarówno do utraty wydajności, jak i stabilności, oraz rozwiązuje te wyzwania, pomagając społeczności naukowej w rozwijaniu tej technologii.
Hashini Perera, dr. student i główny autor badania w Instytucie Zaawansowanych Technologii na Uniwersytecie w Surrey, powiedział: „Wiedza, jaką wypracowaliśmy na podstawie tej pracy, pozwoliła nam zidentyfikować strategię, która poprawia wydajność i wydłuża żywotność tych urządzeń pod wpływem do warunków otoczenia. Ten postęp stanowi ważny krok w kierunku wysokowydajnych i trwałych paneli słonecznych, które zapewnią większej liczbie ludzi dostęp do czystej energii po przystępnej cenie, jednocześnie zmniejszając zależność od paliw kopalnych i globalną emisję dwutlenku węgla”.
Aby osiągnąć te ulepszenia, zespół badawczy skupił się na zrozumieniu strat wydajności i stabilności wywołanych przez warstwę transportową dziur, która odgrywa ważną rolę w wydajności ogniw słonecznych. Wprowadzili środek redukujący jod, aby zahamować reakcje chemiczne powodujące z biegiem czasu degradację komórek. Takie podejście nie tylko zwiększyło wydajność ogniw słonecznych ołowiowo-cynowych, ale także wydłużyło ich żywotność, czyniąc je bardziej praktycznymi i opłacalnymi w przypadku długotrwałego użytkowania.
Przyszłe perspektywy dla perowskitowych paneli słonecznych
Dr Imalka Jayawardena, współautorka badania z Instytutu Zaawansowanych Technologii na Uniwersytecie w Surrey, powiedziała: „Znacznie zwiększając wydajność naszych ogniw słonecznych na bazie perowskitu, zbliżamy się do produkcji tańszych i bardziej zrównoważonych paneli słonecznych. Pracujemy już nad udoskonaleniem tych materiałów, procesów i architektury urządzeń, aby sprostać pozostałym wyzwaniom.
Profesor Ravi Silva, dyrektor Instytutu Zaawansowanych Technologii na Uniwersytecie w Surrey, powiedział: „To badanie przybliża nas do paneli, które nie tylko generują więcej energii przez cały okres użytkowania, ale także są trwalsze. Większa wydajność i mniejsza liczba wymian oznaczają więcej zielonej energii przy mniejszej ilości odpadów. Uniwersytet w Surrey jest w trakcie budowy farmy fotowoltaicznej o mocy 12,5 MW, w której będziemy mogli przetestować niektóre z tych modułów. Jesteśmy przekonani, że nasze innowacyjne badania nad perowskitem przyspieszą powszechne komercyjne przyjęcie paneli słonecznych na bazie perowskitu”.
Odniesienie: „23,2% wydajne perowskitowe ogniwa słoneczne o niskiej przerwie energetycznej z zarządzaniem cyjanem” autorstwa Hashini Perera, Thomas Webb, Yuliang Xu, Jingwei Zhu, Yundong Zhou, Gustavo Trindade, Mateus Gallucci Masteghin, Steven P. Harvey, Sandra Jenatsch, Linjie Dai, Sanjayan Sathasivam, Tom Macdonald, Steven Hinder, Yunlong Zhao, Samuel D Stranks, Dewei Zhao, Wei Zhang, Imalka Jayawardena, Saif Ahmed Haque i S. Ravi P. Silva, 14 listopada 2024 r., Nauka o energii i środowisku.
DOI: 10.1039/D4EE03001J
Badania te pomagają promować cele zrównoważonego rozwoju ONZ nr 7 (przystępna cenowo i czysta energia), 9 (przemysł, innowacje i infrastruktura) i 13 (działania klimatyczne).
