Το κύτταρο παρουσίασε υψηλή ανθεκτικότητα, διατηρώντας το 90% της αρχικής του απόδοσης μετά από 625 ώρες συνεχούς φωτισμού (Interesting Engineering)
Μια ομάδα Κινέζων επιστημόνων προχώρησε την ανάπτυξη ηλιακών κυττάρων επόμενης γενιάς τύπου tandem από περοβσκίτη-οργανικά υλικά.
Σύμφωνα με πληροφορίες, το ηλιακό κύτταρο πέτυχε απόδοση μετατροπής ισχύος σε σταθερή κατάσταση 28,04%, επίπεδο που αποτελεί ρεκόρ. Η ανάπτυξη προέρχεται από το Ινστιτούτο Χημείας της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών.
Ιδιαίτερα σημαντικό είναι ότι το κύτταρο παρουσίασε υψηλή ανθεκτικότητα, διατηρώντας το 90% της αρχικής του απόδοσης μετά από 625 ώρες συνεχούς φωτισμού.
«Το tandem κύτταρο περοβσκίτη-οργανικού υλικού διατήρησε το 90% της αρχικής του PCE μετά από 625 ώρες λειτουργίας υπό το πρωτόκολλο ISOS-L-1», εξήγησε η μελέτη με τεχνικούς όρους.
Το νέο «σάντουιτς» της ηλιακής ενέργειας
Τα τυπικά ηλιακά πάνελ πυριτίου είναι από τη φύση τους βαριά και δαπανηρά στην παραγωγή.
Αντίθετα, τα ηλιακά κύτταρα tandem επόμενης γενιάς χρησιμοποιούν έναν στοιβαγμένο σχεδιασμό πολλαπλών στρωμάτων που μοιάζει με ένα κλαμπ σάντουιτς.
Σε αυτή τη μέθοδο, τα στρώματα σχηματίζονται με τον συνδυασμό διαφορετικών υλικών. Κάθε στρώμα βελτιστοποιείται ώστε να απορροφά διαφορετικό μήκος κύματος του ηλιακού φάσματος.
Συνολικά, αυτό επιτρέπει στο κύτταρο να συλλέγει το ηλιακό φως πολύ πιο αποτελεσματικά από τα συμβατικά κύτταρα πυριτίου.
Οι περοβσκίτες ευρέος ενεργειακού χάσματος (WBG) που χρησιμοποιούνται στα tandem ηλιακά κύτταρα είναι επιρρεπείς σε δομική αστάθεια.
Συγκεκριμένα, η υψηλή περιεκτικότητα σε βρώμιο (Br) οδηγεί σε ανομοιόμορφη χημική ανάμειξη κατά την παραγωγή και σε «διαχωρισμό αλογονιδίων» (διαχωρισμό στοιχείων) όταν εκτίθενται στο φως, γεγονός που υποβαθμίζει την απόδοση του κυττάρου.
Για τη σταθεροποίηση του ηλιακού κυττάρου, οι ερευνητές εισήγαγαν ένα φωτοευαίσθητο πρόσθετο που ονομάζεται TDB, το οποίο λειτουργεί σε διαδικασία δύο σταδίων.
Αρχικά, το TDB επιβραδύνει την ταχεία καθίζηση του βρωμίου κατά την κρυστάλλωση. Η διαδικασία διασφαλίζει ότι όλα τα χημικά στοιχεία αναμειγνύονται πλήρως και ομοιόμορφα όταν το μείγμα θερμαίνεται.
Στη συνέχεια, όταν το κύτταρο εκτίθεται στο ηλιακό φως, το πρόσθετο υφίσταται μοριακό μετασχηματισμό που του επιτρέπει να συνδέεται ισχυρά με τα όρια των κόκκων του περοβσκίτη.
Αυτό εμποδίζει τις ατέλειες και σταματά τη μετανάστευση ιόντων, αποτρέποντας τον διαχωρισμό του υλικού με την πάροδο του χρόνου.
Με το πρόσθετο TDB, το μεμονωμένο ηλιακό κύτταρο ευρέος ενεργειακού χάσματος πέτυχε υψηλή απόδοση μετατροπής ισχύος 20,01%.
Παρουσίασε επίσης εξαιρετικά χαρακτηριστικά απόδοσης, με υψηλή τάση ανοικτού κυκλώματος 1,42 volt και υψηλό συντελεστή πλήρωσης 85,13%.
Όταν ενσωματώθηκε με ένα οργανικό κάτω κύτταρο σε ένα μονολιθικό tandem ηλιακό κύτταρο, πέτυχε μέγιστη PCE 28,80% και πιστοποιημένη PCE σταθερής κατάστασης 28,04%.
«Με την ενσωμάτωση του ηλιακού κυττάρου περοβσκίτη WBG σε ένα μονολιθικό tandem κύτταρο περοβσκίτη-οργανικού υλικού, επιτύχαμε PCE 28,80% με πιστοποιημένη PCE σταθερής κατάστασης 28,04%», σημείωσε η μελέτη.
Ελαφριά ηλιακά κύτταρα
Αυτά τα ηλιακά κύτταρα λεπτής μεμβράνης μπορούν να τυπωθούν πάνω σε εύκαμπτο πλαστικό, όπως μελάνι χαμηλής θερμοκρασίας.
Αυτή η προσαρμοστικότητα ανοίγει τον δρόμο για καθημερινές εφαρμογές και θα μπορούσε να μετατρέψει τα παράθυρα ουρανοξυστών, τα έξυπνα ρούχα και τον φορητό εξοπλισμό πεζοπορίας σε ενεργές πηγές καθαρής ενέργειας.
Με τον εξαιρετικά ελαφρύ σχεδιασμό τους και τον υψηλό λόγο ισχύος προς βάρος, αυτά τα κύτταρα θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε δορυφόρους και αποστολές εξερεύνησης του βαθέος διαστήματος.
Στη Γη ή ανάμεσα στα άστρα, η επόμενη γενιά ενέργειας θα είναι εύκαμπτη, ανθεκτική και εξαιρετικά γρήγορη.
Όπως οι Κινέζοι ερευνητές ξεπερνούν νέα εμπόδια, έτσι και επιστήμονες στη Γερμανία πέτυχαν επίσης ένα σημαντικό ορόσημο στην παγκόσμια προσπάθεια για την επόμενη γενιά καθαρής ενέργειας.
Μια συνεργατική ομάδα από το Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) και το Humboldt-Universität zu Berlin πέτυχε μετατροπή ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια 25,5% με ένα ειδικά κατασκευασμένο tandem ηλιακό κύτταρο.
(Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature)
www.worldenergynews.gr
