Nowy chiralny interfejs projektu HKUST poprawia wydajność i trwałość perowskitowych ogniw słonecznych, poprawiając perspektywy komercyjne.
Zespół naukowców kierowany przez Wydział Inżynierii Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego w Hongkongu (HKUST) opracował nowatorski interfejs o strukturze chiralnej w perowskitowych ogniwach słonecznych. Ten przełom zwiększa niezawodność i efektywność konwersji energii tej szybko rozwijającej się technologii słonecznej, torując drogę do jej komercjalizacji.
Perowskitowe ogniwo słoneczne (PSC) to rodzaj ogniwa słonecznego zawierającego złożone materiały o strukturze perowskitu, które są niedrogie i proste w produkcji. W przeciwieństwie do konwencjonalnych krzemowych ogniw słonecznych, które wymagają kosztownych procesów produkcyjnych w wysokiej temperaturze i w wysokiej próżni, z perowskitów można łatwo i niewielkim kosztem przekształcić cienkie warstwy przy użyciu różnych technik drukowania. W ostatnich latach wydajność PSC wzrosła bardzo szybko, lecz nadal istnieją znaczne bariery utrudniające komercjalizację, szczególnie dotyczące różnych aspektów ich stabilności w warunkach rzeczywistych. Wyjątkowym wyzwaniem była niewystarczająca adhezja pomiędzy różnymi warstwami komórek, co skutkowało ograniczoną niezawodnością powierzchni międzyfazowej.
Zwiększanie niezawodności międzyfazowej w ogniwach słonecznych
Aby rozwiązać ten problem, prof. Zhou Yuanyuan, profesor nadzwyczajny na Wydziale Inżynierii Chemicznej i Biologicznej (CBE) w HKUST, wraz z zespołem badawczym zainspirował się wytrzymałością mechaniczną naturalnych materiałów chiralnych i skonstruował niespotykany dotąd interfejs o strukturze chiralnej w PSC , odblokowując bardzo wysoką niezawodność.
Zespół umieścił warstwy pośrednie o strukturze chiralnej na bazie R-/S-metylobenzyloamonu pomiędzy absorberem perowskitowym a warstwą transportującą elektrony, aby stworzyć mocny, elastyczny heterointerfejs. Kapsułkowane ogniwa słoneczne zachowały 92% swojej początkowej sprawności konwersji energii po 200 cyklach w temperaturze od -40°C do 85°C przez 1200 godzin, co zostało przetestowane zgodnie ze standardami ogniw słonecznych Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC) 61215.
Zwiększenie właściwości mechanicznych i trwałości
„Intrygujące właściwości mechaniczne materiałów chiralnych są związane ze spiralnym upakowaniem ich podjednostek, które przypomina mechaniczną sprężynę” – powiedział pierwszy autor tej pracy, dr Duan Tianwei, obecnie adiunkt naukowy w Katedrze CBE w HKUST i poprzedni stażysta podoktorski Research Grants Council. „Włączenie warstwy pośredniej o strukturze chiralnej do kluczowego interfejsu urządzenia sprawia, że perowskitowe ogniwo słoneczne jest bardziej trwałe mechanicznie i można je przystosować w różnych stanach operacyjnych” – dodała.
„To naprawdę początek komercjalizacji perowskitowych ogniw słonecznych. Biorąc pod uwagę wysoką wydajność tych ogniw, jeśli ostatecznie uda nam się pokonać problem niezawodności, pojawią się miliardy rynków energii” – powiedział prof. Zhou.
Wpływ na komercjalizację energii słonecznej
To przełomowe osiągnięcie niesie ze sobą wielką obietnicę dla przyszłości energii słonecznej. Dzięki potencjałowi zwiększonej niezawodności i wydajności konwersji energii przyszłe perowskitowe panele słoneczne mogą stać się jeszcze bardziej niezawodne w różnych warunkach pogodowych, zapewniając ciągłe wytwarzanie energii elektrycznej przez dłuższy czas.
Prace badawcze zespołu zostały niedawno opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Nauka. Artykuł został napisany wspólnie przez dr Duana (główny pierwszy autor) i prof. Zhou (główny autor korespondencyjny), a także współpracowników z Amerykańskiego Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej, Uniwersytetu Baptystów w Hongkongu i Uniwersytet Yale’a.
Odniesienie: „Heterinterfejsy o strukturze chiralnej umożliwiają trwałe perowskitowe ogniwa słoneczne” – Tianwei Duan, Shuai You, Min Chen, Wenjian Yu, Yanyan Li, Peijun Guo, Joseph J. Berry, Joseph M. Luther, Kai Zhu i Yuanyuan Zhou, 23 maja 2024, Nauka.
DOI: 10.1126/science.ado5172
