Forradalom a napenergiában: perovskit cellák a jövőért!

Forradalom a napenergiában: perovskit cellák a jövőért!

A napelemek új anyagainak kutatása lendületet kap. Különösen ígéretesek a perovskitek, amelyeket a klasszikus szilícium napelemek költséghatékony alternatívájának tartanak. Ezek az eredmények az Erlangen-Nürnbergi Friedrich-Alexander Egyetem (FAU) kutatóitól származnak, akik intenzíven dolgoznak a perovszkit anyagokban lévő elektromos áram áramlásán a Nürnbergi Energia Campuson (EnCN). A perovskit cellákban megvan a lehetőség, hogy forradalmat idézzenek elő a napenergia területén.

A perovskit napelemeknek számos előnye van. Előállításuk olcsóbb a hagyományos napelemekhez képest, amelyek energiaigényes szilícium félvezetőkre épülnek. Emellett magas, 26 százalék feletti hatásfokot is elérnek, és nagy hibatűrést mutatnak. Ez a tulajdonság lehetővé teszi számukra, hogy megőrizzék optoelektronikai tulajdonságaikat még a kristályszerkezet hibái esetén is. Az ólom komponensként való felhasználása azonban ezekben a sejtekben szintén egyértelmű hátrány, mivel környezeti és egészségügyi kockázatokat jelent.

A hosszú távú stabilitás kutatása

A jelenlegi kutatások központi témája a perovszkit napelemek hosszú távú stabilitása. Egy Antonio Abate professzor vezette nemzetközi csapat tanulmányt végzett a szélsőséges hőmérsékleti ciklusok ezen anyagokra gyakorolt ​​hatásának vizsgálatára. A kísérlet kísérleti része -150 °C és +150 °C közötti hőmérséklet-ingadozásokat tartalmazott, amelyek a mikrostruktúrák viselkedését és a sejtek rétegei közötti kölcsönhatásokat szimulálták extrém körülmények között. Az eredményeket nemrég tették közzé a Nature Reviews Materials folyóiratban.

A kutatók azt találták, hogy a termikus feszültség döntő szerepet játszik a fém-halogenid-perovszkitok lebontásában. Ezek a cellák akár 27 százalékos hatékonyságot is elérhetnek, bár hosszú távú stabilitásuk kültéri használat során megkérdőjelezhető. A napelem moduloknak ideális esetben legalább 20-30 évig stabil hozamot kell biztosítaniuk ahhoz, hogy gazdaságilag életképesek legyenek.

A fejlesztéshez szükséges lépések

A valós körülmények közötti stabilitás javítása érdekében a FAU kutatói kritériumokat dolgoznak ki a félvezető kapcsolatok hibatűrésére. A perovszkit cellák gyártási folyamata optimalizálható a kristályminőség javításával, valamint a megfelelő pufferrétegekkel. A hőmérséklet-változások alatti stabilitás meghatározására szabványosított vizsgálati protokollokra is szükség van a kültéri használat kihívásainak jobb megértéséhez.

Összefoglalva, a perovszkitokkal kapcsolatos kutatások ígéretes perspektívát kínálnak az alacsony költségű és hosszú élettartamú napelemek számára, amelyek könnyebben adaptálhatók különféle alkalmazásokhoz. A kihívások ellenére, különösen a hosszú távú stabilitás és az ólomtartalom tekintetében, e technológiák célzott továbbfejlesztése kulcsfontosságú lehet a fotovoltaikus energia jövőbeli iránya szempontjából. A FAU kutatói azon dolgoznak, hogy megbízható előrejelzéseket készítsenek a környezetbarát anyagokra vonatkozóan, hogy hosszú távú megoldásokat találjanak.