Heimild: news.northwestern.edu
Niðurstöðurnar, sem birtar voru í dag (17. nóvember) í tímaritinu Science, lýsa tveggja sameinda lausn til að vinna bug á tapi á skilvirkni þar sem sólarljósi er breytt í orku. Með því að setja í fyrsta lagi sameind til að takast á við eitthvað sem kallast yfirborðsendurröðun, þar sem rafeindir glatast þegar þær eru fastar af göllum - vantar frumeindir á yfirborðinu, og aðra sameind til að trufla endursamsetningu á snertifleti milli laga, náði teymið National Renewable Energy Lab (NREL) vottuð skilvirkni upp á 25,1% þar sem fyrri aðferðir náðu hagkvæmni upp á aðeins 24,09%.
"Perovskite sólartæknin er að þróast hratt og áhersla rannsókna og þróunar er að færast frá magndeyfi til viðmóta," sagði Northwestern prófessor Ted Sargent. "Þetta er mikilvægur punktur til að bæta enn frekar skilvirkni og stöðugleika og færa okkur nær þessari efnilegu leið til sífellt skilvirkari sólaruppskeru."
Sargent er annar framkvæmdastjóri Paula M. Trienens Institute for Sustainability and Energy (áður ISEN) og þverfaglegur rannsakandi í efnisefnafræði og orkukerfum, með skipanir í efnafræðideild í Weinberg College of Arts and Sciences og deild rafmagns- og tölvuverkfræði í McCormick School of Engineering.
Hefðbundnar sólarrafhlöður eru gerðar úr háhreinum kísilskífum sem eru orkufrekar í framleiðslu og geta aðeins tekið til sín ákveðið svið sólarrófsins.
Perovskite efni þar sem hægt er að stilla stærð og samsetningu til að „stilla“ bylgjulengd ljóss sem þau gleypa, sem gerir þau að hagstæðri og hugsanlega lægri, afkastamikilli framandi tandem tækni.
Sögulega hafa perovskite sólarsellur verið þjakaðar af áskorunum til að bæta skilvirkni vegna hlutfallslegs óstöðugleika þeirra. Undanfarin ár hafa framfarir frá rannsóknarstofu Sargent og annarra fært skilvirkni perovskite sólarsellna á sama svið og hægt er að ná með sílikoni.
Í núverandi rannsóknum, frekar en að reyna að hjálpa frumunni að gleypa meira sólarljós, einbeitti teymið sér að því að viðhalda og halda mynduðum rafeindum til að auka skilvirkni. Þegar peróskítlagið kemst í snertingu við rafeindaflutningslag frumunnar færast rafeindir úr einni í aðra. En rafeindin getur færst til baka út á við og fyllt, eða "recombinað" með holum sem eru á peróskítlaginu.
„Endurröðun við viðmótið er flókið,“ sagði fyrsti höfundurinn Cheng Liu, nýdoktorsnemi í Sargent rannsóknarstofunni, sem er undir umsjón Charles E. og Emma H. Morrison prófessor í efnafræði Mercouri Kanatzidis. "Það er mjög erfitt að nota eina tegund sameinda til að takast á við flókna endurröðun og halda rafeindum, þannig að við veltum fyrir okkur hvaða samsetningu sameinda við gætum notað til að leysa vandamálið á ítarlegri hátt."
Fyrri rannsóknir frá teymi Sargent hafa fundið vísbendingar um að ein sameind, PDAI2, geri gott starf við að leysa endursamsetningu viðmóta. Næst þurftu þeir að finna sameind sem myndi vinna við að gera við yfirborðsgalla og koma í veg fyrir að rafeindir sameinuðust þeim aftur.
Með því að finna vélbúnaðinn sem myndi leyfa PDAI2 að vinna með aukasameind, minnkaði teymið brennisteinn, sem gæti komið í stað kolefnishópa - venjulega lélegir í að koma í veg fyrir að rafeindir hreyfist - til að hylja týnd atóm og bæla endurröðun.
„Til þess að takast á við kjarnaóhagkvæmni sem finnast í hvolfi peróskítsólfrumum, sem er aðallega vegna taps á endurröðun án geislunar, er verið að setja nýjan staðal í nýtni sólarfrumna,“ sagði Mercouri Kanatzidis, prófessor í Northwestern. „Þetta er frábær lýsing á því hvernig svið háþróaðrar efnisefnafræði getur verulega aukið orkuumbreytingarnýtni og langlífi nýrrar perovskite ljósvökvatækni.
Kanatzidis er leiðandi yfirvald á sviði efnaefnafræði og sjálfbærra orkulausna, með tvöfalda skipun í efnafræðideild Weinberg og efnafræði- og verkfræðideild McCormick.
„Við erum spennt að tvísameindaáætlun okkar sýnir notagildi á margs konar perovskite samsetningar, þar á meðal þær sem eru efnilegar fyrir samsettar sólarfrumur,“ sagði Bin Chen, rannsóknarlektor í efnafræði og meðhöfundur blaðsins.
Nýleg grein eftir sama hóp sem birt var í Nature þróaði húðun fyrir undirlagið undir perovskítlaginu til að hjálpa frumunni að vinna við hærra hitastig í lengri tíma. Þessi lausn, samkvæmt Liu, getur unnið í takt við niðurstöður vísindaritsins.
Þó að teymið voni að niðurstöður þeirra muni hvetja stærri vísindasamfélagið til að halda áfram að færa vinnuna áfram, munu þeir líka vinna að eftirfylgni.
„Við verðum að nota sveigjanlegri stefnu til að leysa flókna viðmótsvandann,“ sagði Cheng. "Við getum ekki bara notað eina tegund af sameind, eins og fólk gerði áður. Við notum tvær sameindir til að leysa tvenns konar endurröðun, en við erum viss um að það eru fleiri tegundir af gallatengdri endurröðun á viðmótinu. Við þurfum að reyna að nota fleiri sameindir til að koma saman og tryggja að allar sameindir vinni saman án þess að eyðileggja virkni hverrar annarrar.“
