Wat is die groot ding wat dubbele Perovskite sonkragte kan mededinger Silicon

'N nuwe ontwerp vir sonkrag wat gebruik maak van goedkoop, algemeen beskikbaar materiale kan mededinger en selfs beter as konvensionele selle gemaak van silikon.

Wetenskaplikes het tin en ander oorvloedige elemente gebruik om nuwe vorms van perovskiet te skep - 'n fotovoltaïese kristallyne materiaal wat dunner, buigsaamder en makliker vervaardigbaar is as silikon kristalle. Hulle rapporteer hul navorsing in die joernaal Wetenskap.

"Perovskite halfgeleiers het groot belofte getoon vir die maak van hoë-doeltreffend sonkrag teen lae koste," sê studie mede-outeur Michael McGehee, professor in materiaalwetenskap en ingenieurswese aan die Stanford Universiteit. "Ons het 'n robuuste, alles-perovskite-toestel ontwerp wat sonlig in elektrisiteit omsit met 'n doeltreffendheid van 20.3-persent, 'n koers wat vergelykbaar is met silikon-sonselle op die mark vandag."

Dubbele perovskiet-stapel

Die nuwe toestel bestaan ​​uit twee perovskite sonkragselle in tandem gestapel. Elke sel is op glas gedruk, maar dieselfde tegnologie kan gebruik word om die selle op plastiek te druk.

"Die all-perovskite-tandem-selle wat ons gedemonstreer het, het 'n oorsig gegee van 'n draaiboek vir dunfilm-sonselle om 30-persentasie doeltreffend te lewer," sê mede-outeur Henry Snaith, professor in fisika aan die Universiteit van Oxford. "Dis net die begin."


innerself teken grafiese in


Vorige studies het getoon dat die byvoeging van 'n laag perovskiet die doeltreffendheid van silikon selselle kan verbeter. Maar 'n tandem toestel wat bestaan ​​uit twee all-perovskite selle sal goedkoper wees en minder energie-intensief te bou, sê wetenskaplikes.

"'N Silikon-sonpaneel begin deur die omskakeling van silika-rots in silikonkristalle deur middel van 'n proses wat temperature bo 3,000 grade Fahrenheit (1,600 grade Celsius) behels," sê mnr. Tomas Leijtens, 'n mede-skrywer van Stanford. "Perovskiet selle kan in 'n laboratorium verwerk word van gemeenskaplike materiale soos lood, tin en broom, dan op kamertemperatuur op glas gedruk."

'N moeilike uitdaging

Maar die bou van 'n all-perovskite tandem toestel is 'n moeilike uitdaging. Die grootste probleem is om stabiele perovskietmateriale te skep wat genoeg energie van die son kan opspoor om 'n ordentlike spanning te lewer.

'N Tipiese perovskiet-sel oes fotone van die sigbare deel van die sonspektrum. Hoë-energie fotone kan veroorsaak dat elektrone in die perovskiet kristal oor 'n "energie gaping" spring en 'n elektriese stroom skep.

'N Sonsel met 'n klein energiegaping kan die meeste fotone absorbeer, maar lewer 'n baie lae spanning. 'N Sel met 'n groter energie gaping genereer 'n hoër spanning, maar laer-energie fotone beweeg regdeur dit.

'N Doeltreffende tandem-toestel sal bestaan ​​uit twee ideaal-ooreenstemmende selle, sê mede-hoofskrywer Giles Eperon, 'n Oxford-doktorale doktor wat tans aan die Universiteit van Washington is.

"Die sel met die groter energiegaping sal hoër-energiefotone absorbeer en 'n ekstra spanning opwek," sê Eperon. "Die sel met die kleiner energiegaping kan fotone wat nie deur die eerste sel versamel word, oes nie en lewer steeds 'n spanning."

Stabiliteitsprobleem

Die kleiner gaping het bewys dat die groter uitdaging vir wetenskaplikes is. Eperon en Leijtens het saam 'n unieke kombinasie van tin-, lood-, sesium-, jodium- en organiese materiale gebruik om 'n doeltreffende sel met 'n klein energiegaping te skep.

"Ons het 'n roman perovskiet ontwikkel wat laer-energie infrarooi lig absorbeer en 'n 14.8-persent-omskakelingsdoeltreffendheid lewer," sê Eperon. "Ons het dit dan gekombineer met 'n perovskietsel wat bestaan ​​uit soortgelyke materiale, maar met 'n groter energiegaping."

Die resultaat: 'n tandem toestel wat bestaan ​​uit twee perovskiet selle met 'n gekombineerde doeltreffendheid van 20.3 persent.

"Daar is duisende moontlike verbindings vir perovskiete," sê Leijtens, "maar hierdie een werk baie goed, nogal beter as enigiets voor dit."

'Glue'-truuk groei groter perovskiet-sonselle

Een besorgdheid met perovskiete is stabiliteit. Op die dak sonpanele van silikon gewoonlik 25 jaar of meer. Maar sommige perovskiete verminder vinnig wanneer dit aan vog of lig blootgestel word. In vorige eksperimente is perovskiete wat met tin gemaak is, besonder onstabiel gevind.

Om die stabiliteit te bepaal, het die navorsingspan vir vier dae beide eksperimentele selle aan temperature van 212 grade Fahrenheit (100 grade Celsius) onderwerp.

"Ons het bevind dat ons selle uitstekende termiese en atmosferiese stabiliteit toon, ongeëwenaard vir tin-gebaseerde perovskiete," skryf die skrywers.

"Die doeltreffendheid van ons tandem-toestel is reeds ver bo die beste tandem-sonselle wat met ander laekoste-halfgeleiers gemaak word, soos organiese klein molekules en mikrokristalliese silikon," sê McGehee. "Diegene wat die potensiaal sien, besef dat hierdie resultate wonderlik is."

Die volgende stap is om die samestelling van die materiaal te optimaliseer om meer lig te absorbeer en 'n selfs hoër stroom te genereer, sê Snaith.

"Die veelsydigheid van perovskiete, die lae koste van materiale en vervaardiging, wat nou gepaard gaan met die potensiaal om baie hoë doeltreffendheid te behaal, sal transformatief wees vir die fotovoltaïese bedryf sodra vervaardigbaarheid en aanvaarbare stabiliteit ook bewys word," sê hy.

Ander navorsers van Stanford, Oxford, Hasselt Universiteit in België en SunPreme Inc. is mede-outeurs van die studie.

Befondsing is afkomstig van die Graphene Flagship, The Leverhulme Trust, die UK Council for Engineering and Physical Sciences Research Council, die Europese Unie Sewende Raamwerkprogram, Horizon 2020, die Amerikaanse Office of Naval Research, en die Global Climate and Energy Project in Stanford.

Bron: Stanford Universiteit

Verwante Boeke:

at InnerSelf Market en Amazon