В исследовании описывается новый тандемный солнечный элемент из перовскита, который может обеспечить недорогой и более эффективный способ использования энергии Солнца для выработки электроэнергии.
Наша зависимость от невозобновляемых источников энергетика ископаемые виды топлива, такие как уголь, нефть, газ, оказали огромное негативное воздействие на человечество и окружающую среду. Сжигание ископаемого топлива усиливает парниковый эффект и вызывает глобальное потепление, разрушает среду обитания, вызывает загрязнение воздуха, воды и земли и влияет на здоровье населения. Существует острая необходимость в создании устойчивых технологий, которые могут помочь мощностью мир, использующий чистую энергию. Солнечная энергия Технология - один из таких методов, который позволяет использовать солнечный свет - самый распространенный возобновляемый источник энергии - и преобразовывать его в электрическую энергию или энергию. Преимущества солнечной энергии с точки зрения пользы для человека и окружающей среды сыграли ключевую роль в продвижении использования солнечной энергии.
Кремний - обычно используемый материал для изготовления солнечный клетки в солнечные панели которые доступны на рынке сегодня. Фотогальванический процесс солнечных элементов может преобразовывать солнечный свет в электричество без дополнительного использования какого-либо топлива. Конструкция и эффективность кремниевых солнечных панелей значительно улучшились за десятилетия благодаря достижениям в производстве и технологиях. Фотоэлектрическая эффективность солнечного элемента определяется как часть энергии, которая находится в форме солнечного света и может быть преобразована в электричество. Фотоэлектрическая эффективность и общие затраты являются двумя основными ограничивающими факторами современных солнечных панелей.
Помимо кремниевых солнечных элементов, также доступны тандемные солнечные элементы, в которых используются специальные элементы, оптимизированные для каждого участка солнечного спектра, что приводит к повышению общей эффективности. Материал, называемый перовскитом, считается лучше, чем кремний, в поглощении высокоэнергетических синих фотонов солнечного света, то есть другой части солнечного спектра. Перовскиты представляют собой поликристаллический материал (обычно тригалогенид свинца метиламмония (CH3NH3PbX3, где X представляет собой атом йода, брома или хлора). Перовскиты легко перерабатываются в слои, поглощающие солнечный свет. В более ранних исследованиях кремний и перовскиты объединились в солнечные элементы, т.е. top, который может поглощать желтые, красные и ближние инфракрасные фотоны вместе с перовскитными ячейками, что почти вдвое увеличивает выработку энергии.
В новом исследовании, опубликованном в Наука 3 мая исследователи впервые разработали тандемные солнечные элементы из всех перовскитов, которые дают КПД до 25 процентов. Этот материал называется пленкой из свинцово-оловянного смешанного малозонного перовскита ((FASnI3) 0.6 MAPbI3) 0.4; ФА для формамидиния и МА для метиламмония). Недостатком олова является то, что он реагирует с кислородом из воздуха, создавая дефекты в кристаллической решетке, которые могут нарушать движение электрического заряда в солнечном элементе, тем самым ограничивая эффективность элемента. Исследователи нашли способ предотвратить реакцию олова в перовските с кислородом. Они использовали химическое соединение, называемое тиоцианатом гуанидиния, для значительного улучшения структурных и оптоэлектронных свойств смешанных свинцово-оловянных пленок перовскита с малой шириной запрещенной зоны. Тиоцианат гуанидиния покрывает кристаллиты перовскита в пленке, поглощающей солнечные лучи, тем самым предотвращая проникновение кислорода внутрь для реакции с оловом. Это сразу увеличивает эффективность солнечного элемента с 18 до 20 процентов. Кроме того, когда этот новый материал был объединен с обычно используемым верхним слоем перовскита с высокой поглощающей способностью, эффективность дополнительно увеличилась до 25 процентов.
В текущем исследовании впервые описывается конструкция тандемных солнечных элементов с использованием всех тонких перовскитных пленок, и эта технология однажды сможет заменить кремний в солнечных элементах. Новый материал отличается высоким качеством, недорогой, более простой в изготовлении и низкой стоимостью по сравнению с тандемными ячейками кремний и кремний-перовскит. Перовскиты - это искусственный материал по сравнению с кремнием, а солнечные панели на основе перовскитов гибкие, легкие и полупрозрачные. Хотя нынешнему материалу потребуется некоторое время, чтобы превзойти по эффективности кремний-перовскитную технологию. Тем не менее, поликристаллические пленки на основе перовскита обладают потенциалом для создания тандемных солнечных элементов, которые могут обеспечить КПД до 30 процентов при сохранении других факторов. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы сделать материал более прочным, стабильным и пригодным для вторичной переработки для снижения воздействия на окружающую среду. Сектор солнечной энергетики - один из самых быстрорастущих, и конечная цель - найти многообещающую альтернативу чистой энергии.
{Вы можете прочитать исходную исследовательскую работу, щелкнув ссылку DOI, приведенную ниже в списке цитируемых источников}
Источник (ы)
Тонг Дж. И др. 2019 Время жизни носителей> 1 мкс в перовскитах Sn-Pb позволяет создавать эффективные тандемные солнечные элементы, полностью состоящие из перовскита. Наука, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
