Kako ohraniti stabilno dolgoročno delovanje perovskite sončnih celic?

V zadnjih letih materiali Perovskite hitro postajajo priljubljen kandidat za sončno energijo. Vendar pa je ena njenih glavnih pomanjkljivosti, da se zlahka razgradi v neposredni sončni svetlobi. Dobra novica je, da je ekipa raziskovalcev na Univerzi Kalifornije v Los Angelesu (UCLA) pravkar predstavila nov premaz za fotonapetostne plošče Perovskite, ki vključujejo izboljšano stabilnost sončne svetlobe.

Po članku, ki je bil nedavno objavljen v reviji Nature, so raziskovalci UCLA našli temeljni vzrok problema in predlagali preprosto aplikacijsko rešitev, ki jo je mogoče izvajati v proizvodnem procesu.

Materiali, ki temeljijo na silikonu, že dolgo zasedajo precejšno pozicijo na področju sončnih celic, le malo materialov pa jih lahko ujema z vidika učinkovitosti, vzdržljivosti, stroškov in tako naprej.

Vendar pa v zadnjih letih s porastom raziskav kovinskega halida perovskiti hitro rastejo v resnega konkurenta - poleg tega, da so blizu učinkovitosti materialov, ki temeljijo na silikonu, je tudi lažji, prožnejši in dražji.

Ena od težav z materiali perovskite pa je, da se zlahka razgradijo v neposredni sončni svetlobi, zato se njihova učinkovitost s časom zmanjšuje.

Prejšnji poskusi raziskovalcev, da bi dodali makromolekule, stare pigmente, ogljikove nanodote, narejene iz las, dvodimenzionalnih dodatkov, poper spojine, in celo kvantna tehnologija dot so poskušali rešiti vprašanja trajnosti perovskite sončne celice.

Na srečo je ekipa UCLA našla mehanizem za razgradnja perovskite materialov. Ironično se je izkazalo, da je pojav posledica površinskih procesov obdelave, namenjenih za popravilo napak in povečanje njihove učinkovitosti.

Poroča se, da postopek vključuje premaz površine s plastjo organskih ionov, vendar je raziskovalna ekipa ugotovila slabost tega - energijsko prenosni elektroni se bodo kopičijo na površini fotonapetostne plošče Perovskite.

Da bi bila zadeva še hujša, to stanje pa moti razporeditev atomov perovskite, zaradi tega pa se sčasoma razčlenijo.

Glede na to je ekipa UCLA razmišljala o dodajanju pozitivnih in negativnih ionih parov v procesu površinske obdelave, da bi rešili ta problem.

Ne samo, da to pomaga ohraniti površino nevtralno in stabilno, to ne vpliva na prvotni proces preprečevanja napak.

Za testiranje učinka novega postopka premazovanja so raziskovalci izvedli simulirani test pospešenega staranja izboljšanega sončnega panela Perovskite v okolju svetle svetlobe v vseh vremenskih razmerah.

Ugotovili so, da je nova tehnologija omogočila fotonapetostni plošči Perovskite, da po 2.000 urah ohrani učinkovitost pretvorbe do 87 %. V kontrolni skupini, ki se ne zdravi, se je znižala na 65 %.

Na koncu je soavtor študije Shaun Tan dejal: "Naše perovskite sončne celice dosegajo najbolj stabilno visoko učinkovitost, znano do zdaj."

Obenem je ekipa UCLA postavila tudi novo temeljno znanje, na katerem lahko skupnost še naprej razvija in izboljšuje to več ravninsko tehnologijo za izboljšanje oblikovanja stabilnijših perovskite sončnih celic.