Mga bagong Perovskite solar module na may malaking sukat, lakas at katatagan

Lumikha ang mga mananaliksik ng mga solar module na 5 × 5 cm2 at 10 × 10 cm2 – higit sa 1.5 x 1.5 cm2 ang mga ayon sa kaugalian na ginawa sa lab ngunit mas maliit kaysa sa mga komersyal na solar panel. Kredito: OIST

  • Inaasahang mababago ng mga hula ang sukat ng laro ng hinaharap na teknolohiya ng solar, ngunit kasalukuyang naghihirap mula sa panandaliang pagpapatakbo at pagbagsak ng kahusayan kapag ang pag-scale sa isang mas malaking sukat
  • Pinagbuti ng mga siyentista ang katatagan at kahusayan ng mga solar module sa pamamagitan ng paghahalo ng mga materyal na pauna na may ammonium klorido sa panahon ng katha.
  • Ang aktibong layer ng perevskita sa mga advanced na solar module ay mas makapal at may mas malaking butil, na may mas kaunting mga depekto
  • Parehong 5 x 5 cm2 at 10 x 10 cm2 Ang mga module ng perovskite ay nagpapanatili ng mataas na kahusayan nang higit sa 1000 na oras

Ang mga mananaliksik mula sa Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) ay lumikha ng pre-skit solar modules na may pinahusay na katatagan at kahusayan gamit ang isang bagong diskarte sa katha na binabawasan ang mga depekto. Ang kanilang mga natuklasan ay nai-publish 25j Enero 2021, Art Mga advanced na materyales sa enerhiya.

Ang Perovskites ay isa sa mga pinaka-maaasahang materyal para sa susunod na henerasyong solar na teknolohiya, na tumataas mula 3.8% hanggang 25.5% sa loob ng ilang dekada. Ang mga panel ng solar perovskite ay mura sa paggawa at maaaring maging may kakayahang umangkop, pagdaragdag ng kanilang kagalingan sa maraming bagay. Ngunit dalawang hadlang pa rin ang humahadlang sa landas sa gawing pangkalakalan: kakulangan ng pangmatagalang katatagan at kahirapan sa pag-scale.

“Ang materyal na perevskite ay marupok at madaling mabulok, na nangangahulugang matagal nang hinahangad ng mga solar cell na mapanatili ang mataas na kahusayan,” sinabi ng unang may-akda na si Dr. Gotzing Tong, isang nagtapos na mag-aaral sa Department of Energy Materials at Surface Science sa OIST, na pinangunahan ng Ang propesor. Yabing Qi. “At bagaman ang maliliit na pre-skit solar cells ay lubos na mabisa at gumagana nang halos pati na rin ang kanilang mga katapat na silikon kapag sila ay sumukat sa mas malaking mga solar module, bumabagsak ang kahusayan.”

Sa isang functional solar device, ang overburden layer ay namamalagi sa gitna, na naka-sandwich sa pagitan ng dalawang mga layer ng transportasyon at dalawang mga electrode. Tulad ng aktibong layer ng perovskite na sumisipsip ng sikat ng araw, bumubuo ito ng mga carrier ng singil, na pagkatapos ay ipasok ang mga electrode sa pamamagitan ng mga layer ng transportasyon at makagawa ng kasalukuyang.

Gayunpaman, ang mga butas sa overburden layer at mga depekto sa mga hangganan sa pagitan ng mga indibidwal na overburden grains ay maaaring makagambala sa daloy ng mga carrier ng singil mula sa overburden layer sa mga layer ng transportasyon, na binabawasan ang kahusayan. Ang kahalumigmigan at oxygen ay maaari ring magsimulang sirain ang sobrang sapaw sa layer sa mga site na ito ng mga depekto, na pagpapaikli sa buhay ng aparato.

Perovskite solar module at ang ibabaw ng aktibong layer

Ang mga perovskite solar panel ay nangangailangan ng maraming mga layer upang gumana. Ang aktibong perovskite layer ay sumisipsip ng sikat ng araw at lumilikha ng mga carrier ng singil. Ang mga layer ng transportasyon ay nagdadala ng mga carrier ng singil sa mga electrode, na nagpapalabas ng kasalukuyang. Ang aktibong perovskite layer ay nabuo mula sa maraming mga butil ng kristal. Ang mga hangganan sa pagitan ng mga butil na ito at iba pang mga depekto sa perevskite film, tulad ng mga butas, binabawasan ang kahusayan at buhay ng serbisyo ng mga solar device. Kredito: OIST

“Mahirap ang pag-scale dahil sa pagtaas ng laki ng mga module ay mas mahirap na gumawa ng isang homogenous layer ng perevskite, at ang mga depekto na ito ay mas malinaw,” paliwanag ni Dr. Tong. “Nais naming makahanap ng isang paraan upang makagawa ng mahusay na mga modyul na malulutas ang mga problemang ito.”

Sa kasalukuyan, ang karamihan sa mga panindang solar cells ay may manipis na layer ng perevskita – 500 nanometers lamang ang kapal. Sa teorya, ang isang manipis na layer ng overburden ay nagdaragdag ng kahusayan dahil ang mga carrier ng pagsingil ay may mas kaunting distansya upang dumaan sa mga layer ng transportasyon sa tuktok at ibaba. Ngunit sa paggawa ng mas malalaking mga module, nalaman ng mga mananaliksik na ang mga payat na pelikula ay madalas na may mas maraming mga depekto at butas.

Samakatuwid, nagpasya ang mga mananaliksik na gumawa ng 5 x 5 cm2 at 10 x 10 cm2 mga solar module na naglalaman ng dobleng kapal ng mga perevskite na pelikula.


Ang mga siyentista mula sa Kagawaran ng Mga Materyales ng Enerhiya at Mga Agham sa Ibabaw na OIST ay nagpapakita ng mga aksyon perovskite solar module na nagpapatakbo mula sa isang fan at isang toy machine. Kredito: OIST

Gayunpaman, ang paglikha ng mas makapal na mga pelikula na may labis na dosis ay may mga problema. Ang Perovskites ay isang klase ng mga materyales na karaniwang nabuo sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng maraming mga compound sa anyo ng isang solusyon at pagkatapos ay payagan silang mag-crystallize.

Gayunpaman, nagpumilit ang mga siyentista na matunaw ang isang medyo mataas na konsentrasyon ng lead iodine – isa sa mga pauna na materyales na ginamit upang bumuo ng pereuskite – kinakailangan para sa mas makapal na mga pelikula. Nalaman din nila na ang yugto ng crystallization ay mabilis at hindi mapigil, kaya’t ang makapal na mga pelikula ay naglalaman ng maraming maliliit na butil na may mas malalaking mga hangganan ng butil.

Samakatuwid ang mga mananaliksik ay nagdagdag ng ammonium chloride upang madagdagan ang solubility ng lead iodine. Pinayagan din ang lead iodine na matunaw nang pantay-pantay sa organikong pantunaw, na gumagawa ng isang mas magkakatulad na perevskite na pelikula na may mas malaking butil at mas kaunting mga depekto. Ang Ammonia ay kalaunan ay tinanggal mula sa pereuskite solution, binabawasan ang antas ng mga impurities sa pereuskite film.

Ang ibabaw ng aktibong layer Perovsky

Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng ammonium chloride, ang nagresultang perevskite film ay may mas kaunting mga butil ng mas malaking sukat, na binabawasan ang bilang ng mga hangganan ng butil. Kredito: OIST

Sa pangkalahatan, ang mga module ng solar na may sukat na 5 x 5 cm2 nagpakita ng isang kahusayan ng 14.55%, kumpara sa 13.06% sa mga modyul na ginawa na walang ammonium chloride, at nagawang patakbuhin ang 1,600 na oras – sa loob ng dalawang buwan – sa higit sa 80% ng kahusayan na ito.

Malaking 10 x 10 cm2 ang mga module ay may kahusayan ng 10.25% at nanatili sa isang mataas na antas ng kahusayan nang higit sa 1,100 na oras, o halos 46 na araw.

“Sa kauna-unahang pagkakataon, naiulat na sukatin ang habang-buhay ng peregrine solar module ng isang sukat na tunay na kapanapanabik,” sabi ni Dr. Tong.

Ang gawaing ito ay suportado ng OIST Concept Program ng Center for Technology Development and Innovation OIST. Ang mga resulta ay isang promising hakbang pasulong sa paghahanap para sa laki ng mga module ng solar na may komersyo na may kahusayan at katatagan upang tumugma sa kanilang mga katapat na silikon.

Sa susunod na yugto ng kanilang pagsasaliksik, plano ng koponan na higit na i-optimize ang pamamaraan nito sa pamamagitan ng paggawa ng mga pereskite solar module na gumagamit ng mga pamamaraan ng singaw kaysa sa paggamit ng isang solusyon, at sinusubukan ngayon na sukatin hanggang sa 15 x 15 cm.2 mga modyul

“Ang paglipat mula sa mga solar panel na laki ng lab hanggang 5 x 5 cm2 solar module ay mahirap. Tumalon sa mga solar module na may sukat na 10 x 10 cm2 mas mahirap pa ito. At pagpunta sa 15 x 15 cm2 ang mga solar module ay magiging mas kumplikado, “sinabi ni Dr. Tong. “Ngunit inaasahan ng koponan ang hamon.”

Tulong: “Naka-scale na produkto> 90 cm2 Perovskite solar modules na may> 1000 oras ng katatagan sa pagpapatakbo batay sa intermediate phase na diskarte na “Guqing Tong, De Yong Son, Luis K. Ono, Yutiang Liu, Yanqiang Hu, Hui Zhang, Afshan Jamshaid, Longbin Qiu, Tsunhao Liu at Yabing Qi, Enero 25 2021, Mga advanced na materyales sa enerhiya.
DOI: 10.1002 / aenm.202003712

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang paglulunsad ng NASA Walnops rocket ay makikita sa East America

Mapa ng visibility ng Kinnet-X. Kredito: NASA A. Mission upang tuklasin ang transportasyon sa kalawakan gamit ang enerhiya a NASA Ang rocket na tunog...

Bakit kaya mahirap magamot ang COVID-19? Isang Komprehensibong Pagsuri sa Alam Namin

Lumalagong Mga Punto ng Katibayan ng Hindi Karaniwang Nakakahawang Profile Isang komprehensibong pagsusuri ng alam namin COVID-19 at kung paano ito gumagana ay nagmumungkahi na...

Nakikita ng NASA ang mga alon sa ibabaw ng dagat [Video]

Ang mga alon sa loob, o mga papasok na alon, ay maaaring umabot ng daan-daang mga paa sa ibaba ng ibabaw ng karagatan, ngunit...

Mga Kamangha-manghang Dinosauro na Naghahanap ng Kadiliman

Muling pagbuo ng Shuvuuia deserti artist. Kredito: Viktor Radermaker Ang maliit na dinosauro na nakatira sa disyerto ng Shuvuuia ay may natatanging paningin at...

Ang “Molecular glue” ay nagdaragdag ng kahusayan at ginagawang mas maaasahan ang pereskite solar cells sa paglipas ng panahon

Ginamit ng mga mananaliksik ang self-assemble na solong-layer na "molekular na pandikit" upang patigasin ang mga interface sa pereskite solar cells upang gawing mas...

Newsletter

Subscribe to stay updated.