Τα ηλιακά στοιχεία περοβσκίτη, που συχνά ονομάζονται PeSC, αλλάζουν τον τρόπο με τον οποίο συλλέγεται η ενέργεια - ειδικά σε εσωτερικούς χώρους.
Επανεξέταση της ηλιακής ενέργειας για εσωτερικό φωτισμό
Σε αντίθεση με τα άκαμπτα και βαριά πάνελ πυριτίου που είναι στερεωμένα σε στέγες, αυτά τα λεπτά και εύκαμπτα υλικά μπορούν να τροφοδοτήσουν μικρές ηλεκτρονικές συσκευές υπό κοινό φωτισμό. Αυτό που κάποτε φαινόταν σαν ένα φουτουριστικό όνειρο γίνεται τώρα μια πρακτική λύση χάρη σε νέους τρόπους για να κάνουν αυτά τα στοιχεία να λειτουργούν καλύτερα σε χώρους με χαμηλό φωτισμό.
Οι ερευνητές στο Εθνικό Πανεπιστήμιο Yang Ming Chiao Tung στην Ταϊβάν μετατοπίζουν την εστίαση σε εσωτερικούς χώρους. Η τελευταία τους καινοτομία, που δημοσιεύτηκε στο APL Energy, δείχνει ότι τα PeSC μπορούν να μετατρέψουν το φως από πηγές όπως οι λαμπτήρες φθορισμού οροφής σε ηλεκτρική ενέργεια.
Αυτά τα ηλιακά στοιχεία δεν κατασκευάζονται με τον ίδιο τρόπο όπως τα παραδοσιακά με βάση το πυρίτιο. Τα PeSC χρησιμοποιούν την κρυσταλλική δομή του περοβσκίτη. Αυτό το υλικό επιτρέπει στις συσκευές να είναι λεπτές, εύκαμπτες, ακόμη και διαφανείς. Αυτό ανοίγει την πόρτα για να χρησιμοποιηθούν σε επιφάνειες πέρα από τις στέγες - όπως σε παράθυρα, φορητές συσκευές, ακόμη και στο πίσω μέρος τηλεχειριστηρίων.
Ρύθμιση του σημείου απορρόφησης φωτός
Το ενεργειακό χάσμα ενός ηλιακού στοιχείου ελέγχει ποια μήκη κύματος φωτός μπορεί να απορροφήσει το υλικό. Το ενεργειακό χάσμα του πυριτίου είναι σταθερό, γεγονός που περιορίζει το πόσο μπορεί να προσαρμοστεί σε διαφορετικές συνθήκες φωτισμού. Τα PeSC είναι πιο ρυθμιζόμενα, και αυτό δίνει στους επιστήμονες ένα πλεονέκτημα όταν σχεδιάζουν στοιχεία που λειτουργούν κάτω από φώτα γραφείου αντί για άμεσο ηλιακό φως.
Για να δημιουργήσουν αυτήν την προσαρμοσμένη απορρόφηση ενέργειας, οι ερευνητές προσάρμοσαν τη χημική σύνθεση του περοβσκίτη. Άλλαξαν την αναλογία των ιόντων αλογονιδίων στο μείγμα για να σχηματίσουν ένα υλικό με ευρύ ενεργειακό χάσμα. Αυτή η έκδοση απορροφά τον εσωτερικό φωτισμό πιο αποτελεσματικά.
Οι δυσκολίες της νέας τεχνικής
Ωστόσο, υπάρχει μια παγίδα. «Η ρύθμιση του ενεργειακού χάσματος, δυστυχώς, συνοδεύεται από ένα αρνητικό αποτέλεσμα: Φέρνει ελαττώματα στα στρώματα του περοβσκίτη», δήλωσε ο Chen. Αυτά τα ελαττώματα παρεμβαίνουν στη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος και μειώνουν την απόδοση. Έτσι, η ομάδα έπρεπε να βρει μια λύση. Εκεί έρχεται η δεύτερη ανακάλυψή τους - παθητικοποίηση χρησιμοποιώντας ειδικά μόρια που σφραγίζουν τα ελαττώματα και ενισχύουν την απόδοση.
Για να λύσει το πρόβλημα των ελαττωμάτων υλικού, η ομάδα πρόσθεσε χημικούς παράγοντες που περιέχουν δεσμούς φωσφόρου-οξυγόνου (P=O) κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατασκευής του στοιχείου. Αυτά τα μόρια προσκολλώνται στην επιφάνεια του περοβσκίτη και τον «παθητικοποιούν», πράγμα που σημαίνει ότι μειώνουν τον αριθμό των ελαττωμάτων και εμποδίζουν τις επιβλαβείς αντιδράσεις.
Η διαδικασία είναι απλή: οι ερευνητές αναμείγνυαν αυτούς τους παράγοντες στον αντιδιαλύτη που χρησιμοποιήθηκε κατά την κατασκευή των ηλιακών κυψελών. Αυτό το βήμα βελτίωσε τόσο την αποτελεσματικότητα όσο και την ανθεκτικότητα των συσκευών.
Σταθερά, Ευέλικτα και Έτοιμα για Πραγματική Ζωή
Οι ερευνητές αρχικά ήλπιζαν να αυξήσουν την ενεργειακή απόδοση, αλλά κατάφεραν κάτι επιπλέον. Η μέθοδός τους έκανε επίσης τα PeSC πιο σταθερά με την πάροδο του χρόνου. «Στην αρχή, περιμέναμε μόνο ότι η προσέγγισή μας θα μπορούσε να βελτιώσει την απόδοση της συσκευής», δήλωσε ο Chen. «Επειδή η χαμηλή αξιοπιστία των PeSC αποτελεί μεγάλη πρόκληση για την υιοθέτησή τους, ελπίζουμε ότι η προτεινόμενη μέθοδός μας μπορεί να ανοίξει το δρόμο για την εμπορευματοποίηση των ηλιακών πάνελ περοβσκίτη».
Αυτή η πρόσθετη σταθερότητα λύνει ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα για τα στοιχεία περοβσκίτη. Σε αντίθεση με το πυρίτιο, ο περοβσκίτης μπορεί να υποβαθμιστεί γρήγορα λόγω υγρασίας, θερμότητας ή άλλων περιβαλλοντικών παραγόντων. Σφραγίζοντας τα ελαττώματα, η στρατηγική παθητικοποίησης της ομάδας προστατεύει το στοιχείο από ζημιές και διάβρωση, παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής του.
Αυτό φέρνει τα στοιχεία ένα βήμα πιο κοντά στη χρήση σε καθημερινές συσκευές, ειδικά σε εκείνες που δεν χρειάζονται πολλή ενέργεια. Τα τηλεχειριστήρια, οι αισθητήρες κίνησης, οι φορητές συσκευές και οι μικρές συσκευές του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT) θα μπορούσαν να επωφεληθούν. Και επειδή τα υλικά είναι φθηνά και η διαδικασία είναι απλούστερη από την κατασκευή πλακιδίων πυριτίου, υπάρχει δυνατότητα για μεγάλης κλίμακας, οικονομικά προσιτή κατασκευή.
Λαμπερό Μέλλον Υπό Αχνό Φως
Καθώς περισσότερη τεχνολογία μετατοπίζεται σε εσωτερικούς χώρους, η ανάγκη για λύσεις ισχύος χαμηλού φωτισμού αυξάνεται. Οι συσκευές που κάποτε λειτουργούσαν με μπαταρίες μιας χρήσης θα μπορούσαν σύντομα να επαναφορτίζονται υπό συνηθισμένα φώτα.
worldenergynews.gr
