Vallankumous aurinkoenergiassa: Perovskite kennot tulevaisuutta varten!

Vallankumous aurinkoenergiassa: Perovskite kennot tulevaisuutta varten!

Uusien aurinkosähkömateriaalien tutkimus on saamassa vauhtia. Perovskiitit, joita pidetään kustannustehokkaana vaihtoehtona klassisille piiaurinkokennoille, ovat erityisen lupaavia. Nämä havainnot ovat peräisin Friedrich-Alexanderin yliopiston Erlangen-Nürnbergin (FAU) tutkijoilta, jotka työskentelevät intensiivisesti perovskiittimateriaalien sähkövirran parissa Nürnbergin energiakampuksella (EnCN). Perovskiittikennoilla on potentiaalia saada aikaan vallankumous aurinkoenergiassa.

Perovskite aurinkokennoilla on useita etuja. Niiden tuotanto on halvempaa verrattuna perinteisiin aurinkokennoihin, jotka perustuvat energiaintensiivisiin piipuolijohteisiin. Ne saavuttavat myös korkean, yli 26 prosentin hyötysuhteen ja osoittavat korkean vikojen sietokyvyn. Tämän ominaisuuden ansiosta ne voivat säilyttää optoelektroniset ominaisuutensa jopa silloin, kun kiderakenteessa on vikoja. Lyijyn käyttö komponenttina näissä soluissa on kuitenkin myös selkeä haitta, koska se aiheuttaa ympäristö- ja terveysriskejä.

Pitkän aikavälin vakauden tutkimus

Nykyisen tutkimuksen keskeinen aihe on perovskiittisten aurinkokennojen pitkän aikavälin stabiilius. Professori Antonio Abaten johtama kansainvälinen ryhmä suoritti tutkimuksen äärimmäisten lämpötilojen syklien vaikutuksista näihin materiaaleihin. Tutkimuksen kokeellisessa osassa käytettiin lämpötilan vaihteluita -150 °C ja +150 °C välillä, mikä simuloi mikrorakenteiden käyttäytymistä ja solukerrosten välisiä vuorovaikutuksia äärimmäisissä olosuhteissa. Tulokset julkaistiin äskettäin Nature Reviews Materials -lehdessä.

Tutkijat havaitsivat, että lämpöjännitys on ratkaisevassa roolissa metallihalogenidiperovskiittien hajoamisessa. Nämä kennot voivat saavuttaa jopa 27 prosentin hyötysuhteen, vaikka niiden pitkäaikaista kestävyyttä ulkokäytössä pidetään kyseenalaisena. Aurinkomoduulien tulisi ihanteellisesti tuottaa vakaata tuottoa vähintään 20–30 vuoden ajan, jotta ne olisivat taloudellisesti kannattavia.

Parannusvaiheita tarvitaan

Parantaakseen vakautta todellisissa olosuhteissa FAU:n tutkijat kehittävät kriteerejä puolijohdeliitäntöjen vikasietokyvylle. Perovskiittisolujen valmistusprosessia voitaisiin optimoida parantamalla kidelaatua sekä sopivia puskurikerroksia. Standardoidut testausprotokollat ​​stabiilisuuden määrittämiseksi lämpötilan muutosten aikana ovat myös välttämättömiä, jotta ulkokäyttöön liittyvät haasteet voidaan ymmärtää paremmin.

Yhteenvetona voidaan todeta, että perovskiittien tutkimus tarjoaa lupaavan näkökulman edullisille ja pitkäikäisille aurinkokennoille, jotka voidaan helposti mukauttaa erilaisiin sovelluksiin. Huolimatta haasteista, erityisesti pitkän aikavälin vakauden ja lyijypitoisuuden suhteen, näiden teknologioiden kohdennettu jatkokehitys voi olla ratkaisevan tärkeää aurinkosähkön tulevaisuuden suunnan kannalta. FAU:n tutkijat pyrkivät tekemään luotettavia ennusteita ympäristöystävällisille materiaaleille löytääkseen pitkän aikavälin ratkaisuja.