Büyük boyut, Güç ve Stabiliteye Sahip Perovskite Güneş Panelleri Geliştiriyor

Bilim adamları daha büyük boyut, güç ve stabiliteye sahip perovskite güneş panelleri geliştiriyor. Daha az kusur ve daha uzun ömürle, yeni nesil güneş enerjisi teknolojisi ticarileştirmeye yaklaşıyor.

-Perovskitlerin gelecekteki güneş teknolojisinde oyun değiştirici olacağı öngörülüyor, ancak şu anda kısa bir çalışma ömründen muzdarip ve daha büyük bir boyuta ölçeklendiğinde verimlilik düşüşü yaşıyor.
-Bilim adamları, üretim sırasında öncü malzemeleri amonyum klorür ile karıştırarak güneş pili panellerinin kararlılığını ve verimliliğini artırdı.
-Geliştirilmiş güneş panellerindeki perovskit aktif katman daha kalındır ve daha az kusurla daha büyük taneciklere sahiptir.
-Hem 5 x 5 cm2 hem de 10 x 10 cm2 perovskite panelleri, 1000 saatin üzerinde yüksek verimlilikleri sürdürdü
Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden (OIST) araştırmacılar, kusurları azaltan yeni bir üretim tekniği kullanarak gelişmiş stabilite ve verimlilik sağlayan perovskite güneş panelleri yarattılar. Bulguları 25 Ocak’ta Advanced Energy Materials’da yayınlandı.

Perovskitler, on yıldan biraz uzun bir süre içinde %3,8’den %25,5’e yükselen yeni nesil güneş teknolojisi için en umut verici malzemelerden biri. Perovskite güneş pillerinin üretimi ucuzdur ve esnek olma potansiyeline sahip ve çok yönlülüğünü arttırıyor. Ancak iki engel hala ticarileştirmenin önünü tıkıyor: uzun vadeli istikrardan yoksun olmaları ve ölçek büyütmedeki zorluklar.

Profesör liderliğindeki OIST Enerji Materyalleri ve Yüzey Bilimleri Biriminde doktora sonrası araştırmacı olan ilk yazar Dr. Guoqing Tong, “Perovskite malzemesi kırılgandır ve ayrışmaya meyillidir, bu da güneş hücrelerinin uzun süre yüksek verimliliği sürdürmek için mücadele ettiği anlamına gelir” dedi. Yabing Qi. “Ve küçük boyutlu perovskit güneş pilleri yüksek bir verime sahip olmalarına ve neredeyse silikon muadilleri kadar iyi performans göstermelerine rağmen, daha büyük güneş panellerine ölçeklendiklerinde verimlilik düşer.”

İşlevsel bir güneş enerjisi cihazında perovskit tabakası, iki taşıma tabakası ve iki elektrot arasına sıkıştırılmış olarak merkezde yer alır. Aktif perovskit tabakası güneş ışığını emdiğinden, daha sonra taşıma tabakaları yoluyla elektrotlara akan ve bir akım üreten yük taşıyıcıları oluşturur.

Bununla birlikte, perovskit tabakasındaki küçük delikler ve tek tek perovskit taneleri arasındaki sınırlardaki kusurlar, perovskit tabakasından taşıma tabakalarına yük taşıyıcılarının akışını bozarak verimliliği azaltabilir. Nem ve oksijen de bu kusurlu bölgelerde perovskit tabakasını bozmaya başlayarak cihazın ömrünü kısaltabilir.

Dr. Tong, “Ölçek büyütmek zordur, çünkü paneller boyut olarak büyüdükçe, tek tip bir perovskit tabakası üretmek daha zordur ve bu kusurlar daha belirgin hale gelir” diye açıkladı Dr. Tong. “Bu sorunları ele alan büyük paneller üretmenin bir yolunu bulmak istedik.”

Şu anda, üretilen çoğu güneş pilinin ince bir perovskit tabakası var – sadece 500 nanometre kalınlığında. Teorik olarak, ince bir perovskit tabakası, yük taşıyıcılarının, üstündeki ve altındaki taşıma tabakalarına ulaşmak için daha az mesafe katetmesi nedeniyle verimliliği artırır. Ancak daha büyük paneller üretirken, araştırmacılar ince bir filmin genellikle daha fazla kusur ve iğne deliği geliştirdiğini buldular.

Araştırmacılar bu nedenle iki kat kalınlığa sahip perovskit filmleri içeren 5×5 cm2 ve 10×10 cm2 güneş panelleri yapmayı tercih ettiler.

Bununla birlikte, daha kalın perovskite filmler yapmak kendi zorluklarını beraberinde getirdi. Perovskitler, genellikle birçok bileşiğin bir çözelti halinde reaksiyona girmesi ve ardından kristalleşmelerine izin verilerek oluşan bir malzeme sınıfıdır.

Bununla birlikte, bilim adamları, daha kalın filmler için gerekli olan, perovskit oluşturmak için kullanılan öncü malzemelerden biri olan yeterince yüksek konsantrasyondaki kurşun iyotu çözmek için mücadele ettiler. Ayrıca, kristalizasyon adımının hızlı ve kontrol edilemez olduğunu, bu nedenle kalın filmlerin daha fazla tane sınırına sahip birçok küçük tane içerdiğini buldular.

Araştırmacılar bu nedenle kurşun iyotun çözünürlüğünü artırmak için amonyum klorür eklediler. Bu aynı zamanda kurşun iyotun organik çözücü içinde daha eşit bir şekilde çözünmesine izin vererek, çok daha büyük tanecikler ve daha az kusur içeren daha homojen bir perovskit film ile sonuçlandı. Amonyak daha sonra perovskit solüsyonundan çıkarıldı ve perovskite filmdeki safsızlıkların seviyesi düşürüldü.

Genel olarak, 5 x 5 cm2 boyutundaki güneş panelleri, amonyum klorür içermeyen panellerde % 13.06’dan% 14.55’lik bir verimlilik gösterdi ve bu verimliliğin% 80’inden fazlasında 1600 saat – iki ay boyunca – çalışabildiler.

Daha büyük 10 x 10 cm2 paneller %10,25’lik bir verime sahipti ve 1100 saatin üzerinde veya neredeyse 46 gün boyunca yüksek verimlilik seviyelerinde kaldı.

Dr. Tong, “Bu boyuttaki perovskit güneş panelleri için ilk kez bir ömür ölçümü rapor edildi ve bu gerçekten heyecan verici,” dedi.

Bu çalışma, OIST Teknoloji Geliştirme ve İnovasyon Merkezi’nin Kavram Kanıtı Programı tarafından desteklenmiştir. Bu sonuçlar, gelecekte umut verici bir adımdır.

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-01/oios-sdp012721.php