Извор: уторонто.ца
Тим истраживача са Факултета за примењену науку и инжењерство Универзитета у Торонту искористио је квантну механику да оптимизује активни слој унутар уређаја познатог као соларна ћелија обрнуте перовските – технологија која би једног дана могла да доведе до масовног{0}}тржишта соларне ћелије које су само делић оних које су тренутно на тржишту.
Тренутно су скоро све комерцијалне соларне ћелије направљене од силицијума високе{0}}чистоће, за чије је производњу потребна значајна енергија. Али истраживачи широм света експериментишу са алтернативним соларним технологијама које би могле да се произведу и инсталирају са мање енергије и по нижој цени.
Једна од ових алтернатива, која се проучава улабораторија Сарџент групе, познат је као перовскит. Снага материјала перовскита потиче од њихове јединствене кристалне структуре, која им омогућава да апсорбују светлост у веома танком слоју и ефикасно је претварају у електричну енергију.
„Кристали перовскита се праве од течног мастила и облажу површине помоћу технологије која је већ добро-уходана у индустрији као што је штампање ролнама-на-“, каже Хао Чен, пост-докторски истраживач у Саргентовој лабораторији и један од четири ко-водећих ауторанови рад објављен у Натуре Пхотоницс.
"Због овога, перовскитне соларне ћелије имају потенцијал да се масовно производе по много нижој цени енергије од силицијума. Изазов је у томе што тренутно перовскитне соларне ћелије заостају у стабилности традиционалних силицијумских ћелија. У овој студији смо желели да затворимо тај јаз. "
Чен, заједно са својим ко{0}}водећим ауторима – докторским кандидатом Семом Тилом и пост-докторским истраживачима Бин Ченом и Ји Хоуом – користе стратегију засновану на обрнутој структури соларних ћелија.
У већини прототипова перовскитних соларних ћелија, електрони излазе кроз негативну електроду на доњем слоју ћелије, а „рупе“ које остављају иза себе излазе кроз позитивну електроду на врху.
Обрнути овај аранжман омогућава коришћење алтернативних техника производње, а прошла истраживања су показала да оне могу побољшати стабилност слоја перовскита. Али промена има цену у смислу перформанси.
„Тешко је постићи добар контакт између слоја перовскита и горње електроде“, каже Чен. "Да би се ово решило, истраживачи обично убацују пасивациони слој направљен од органских молекула. То заиста добро функционише у традиционалној оријентацији, јер 'рупе' могу да прођу право кроз овај пасивациони слој. Али овај слој блокира електроне, тако да када обрнете ћелије постаје велики проблем."
Тим је превазишао ово ограничење користећи предност квантне механике - физички принцип који наводи понашање материјала на веома малим скалама дужине разликује се од онога што се примећује на већим.
"У нашем прототипу соларних ћелија, перовскити су ограничени на изузетно танак слој - само један до три кристала у висину", каже Теале. „Овај-димензионални облик нам омогућава да приступимо својствима повезаним са квантном механиком. Можемо да контролишемо, на пример, које таласне дужине светлости апсорбују перовскити или како се електрони крећу унутар слоја.“
Тим је прво користио хемијску технику коју су успоставиле друге групе да би произвео дводимензионалну површину перовскита-на врху њихове соларне ћелије. Ово је омогућило да слој перовскита сам постигне пасивизацију, потпуно елиминишући потребу за органским слојем.
Да би превазишао ефекат блокирања електрона, тим је повећао дебљину слоја перовскита са једног кристала у висину на три. Компјутерске симулације су показале да ће ова промена довољно променити енергетски пејзаж да омогући електронима да побегну у спољашње коло, предвиђање које је потврђено у лабораторији.
Ефикасност конверзије енергије ћелија тима измерена је на 23,9 процената, што је ниво који није избледео након 1,000 сата рада на собној температури. Чак и када се подвргне индустријском-стандардном убрзаном процесу старења на температурама до 65 Ц, перформансе су се смањиле само за осам процената након више од 500 сати употребе.
Будући рад ће се фокусирати на даље повећање стабилности ћелија, укључујући и под још вишим температурама. Тим би такође желео да изгради ћелије са већом површином, пошто су тренутне ћелије величине само око пет квадратних милиметара.
Ипак, тренутни резултати добро слуте за будућност ове алтернативне соларне технологије.
„У нашем раду упоређујемо наше прототипове са традиционалним и са обрнутим перовскитним соларним ћелијама које су недавно објављене у научној литератури“, каже Теале.
"Комбинација високе стабилности и високе ефикасности коју смо постигли заиста се истиче. Такође треба имати на уму да је технологија перовскита стара само неколико деценија, а да се на силицијуму ради 70 година. Има још много побољшања за доћи."
