Revolutsioon päikeseenergias: perovskiitelemendid tulevikuks!

Revolutsioon päikeseenergias: perovskiitelemendid tulevikuks!

Uute fotogalvaaniliste materjalide uurimine kogub hoogu. Eriti paljutõotavad on perovskiidid, mida peetakse kulutõhusaks alternatiiviks klassikalistele ränist päikesepatareidele. Need leiud pärinevad Friedrich-Alexanderi ülikooli Erlangen-Nürnbergi (FAU) teadlastelt, kes töötavad intensiivselt Nürnbergi energialinnaku (EnCN) perovskiitmaterjalide elektrivoolu kallal. Perovskiitrakkudel on potentsiaal tuua päikeseenergias revolutsioon.

Perovskite päikesepatareidel on mitmeid eeliseid. Nende tootmine on odavam võrreldes tavaliste päikesepatareidega, mis põhinevad energiamahukatel räni pooljuhtidel. Samuti saavutavad nad kõrge efektiivsuse, üle 26 protsendi, ja näitavad suurt tolerantsi defektide suhtes. See omadus võimaldab neil säilitada oma optoelektroonilised omadused isegi kristallstruktuuri defektide korral. Kuid plii kasutamine komponendina nendes rakkudes on samuti selge puudus, kuna see kujutab endast keskkonna- ja terviseriske.

Pikaajalise stabiilsuse uurimine

Praeguste uuringute keskne teema on perovskiit-päikesepatareide pikaajaline stabiilsus. Prof Antonio Abate juhitud rahvusvaheline meeskond viis läbi uuringu, et uurida äärmuslike temperatuuritsüklite mõju nendele materjalidele. Uuringu eksperimentaalne osa hõlmas temperatuurikõikumisi vahemikus -150 °C kuni +150 °C, mis simuleeris mikrostruktuuride käitumist ja rakkude kihtide vahelisi interaktsioone ekstreemsetes tingimustes. Tulemused avaldati hiljuti ajakirjas Nature Reviews Materials.

Teadlased leidsid, et termiline stress mängib metallhalogeniidperovskiitide lagunemisel otsustavat rolli. Need elemendid võivad saavutada kuni 27-protsendilise efektiivsuse, kuigi nende pikaajalist stabiilsust välistingimustes peetakse küsitavaks. Päikesemoodulid peaksid ideaaljuhul tagama stabiilse tootluse vähemalt 20–30 aastat, et olla majanduslikult elujõulised.

Parandamiseks vajalikud sammud

Reaalsetes tingimustes stabiilsuse parandamiseks töötavad FAU teadlased välja pooljuhtühenduste defektitaluvuse kriteeriumid. Perovskiitrakkude tootmisprotsessi saab optimeerida nii kristallilise kvaliteedi parandamise kui ka sobivate puhverkihtide abil. Välistingimustes kasutatavate väljakutsete paremaks mõistmiseks on vaja ka standardiseeritud katseprotokolle stabiilsuse määramiseks temperatuurimuutuste ajal.

Kokkuvõtteks võib öelda, et perovskiitide uurimine pakub paljutõotavat perspektiivi odavate ja kauakestvate päikesepatareide jaoks, mida saab hõlpsamini erinevatele rakendustele kohandada. Vaatamata väljakutsetele, eelkõige seoses pikaajalise stabiilsuse ja pliisisaldusega, võib nende tehnoloogiate sihipärane edasiarendamine olla fotogalvaanika tulevase suuna jaoks ülioluline. FAU teadlased tegelevad keskkonnasõbralike materjalide usaldusväärsete prognooside tegemisega, et leida pikaajalisi lahendusi.