Shkencëtarët zhvillojnë një metodë të re për të krijuar qeliza diellore të qëndrueshme dhe efikase të gjeneratës së ardhshme

Materialet diellore të gjeneratës së ardhshme janë më të lira dhe më të qëndrueshme për t’u prodhuar sesa qelizat diellore tradicionale të silikonit, por mbeten pengesa për t’i bërë pajisjet mjaft të qëndrueshme për t’i bërë ballë kushteve të botës reale. Një teknikë e re e zhvilluar nga një ekip shkencëtarësh ndërkombëtarë mund të thjeshtojë zhvillimin e qelizave diellore perovskite efikase dhe të qëndrueshme, të quajtura për strukturën e tyre unike kristalore që shkëlqen në thithjen e dritës së dukshme.

Shkencëtarët, duke përfshirë fakultetin e Penn State, Nelson Dzade, raportuan në revistën Nature Energy metodën e tyre të re për krijimin e qelizave diellore më të qëndrueshme perovskite që ende arrijnë një efikasitet të lartë prej 21.59% të konvertimit të dritës së diellit në energji elektrike.

Perovskitet janë teknologji diellore premtuese sepse qelizat mund të prodhohen në temperaturën e dhomës duke përdorur më pak energji sesa materialet tradicionale të silikonit, duke i bërë ato më të përballueshme dhe më të qëndrueshme për t’u prodhuar, sipas Dzade, asistent profesor i inxhinierisë së energjisë dhe mineraleve në John and Willie Leone. Departamenti i Familjes i Energjisë dhe Inxhinierisë Minerale dhe bashkëautor i studimit.

Megjithatë, kandidatët kryesorë të përdorur për të bërë këto pajisje, halogjene metalike organike-inorganike hibride, përmbajnë përbërës organikë që janë të ndjeshëm ndaj lagështirës, ​​oksigjenit dhe nxehtësisë dhe ekspozimi ndaj kushteve të botës reale mund të çojë në degradim të shpejtë të performancës, thanë shkencëtarët.

Një zgjidhje përfshin kthimin në materiale të perovskitit tërësisht inorganike si jodidi i plumbit cezium, i cili ka veti të mira elektrike dhe një tolerancë superiore ndaj faktorëve mjedisorë. Megjithatë, ky material është polimorfik, që do të thotë se ka faza të shumta me struktura të ndryshme kristalore. Dy nga fazat fotoaktive janë të mira për qelizat diellore, por ato mund të shndërrohen lehtësisht në një fazë jo-fotoaktive të padëshirueshme në temperaturën e dhomës , e cila sjell defekte dhe degradon efikasitetin e qelizës diellore, thanë shkencëtarët.

Shkencëtarët kombinuan dy polimorfet fotoaktive të jodidit të plumbit të ceziumit për të formuar një heterounksion fazor – i cili mund të shtypë transformimin në fazën e padëshiruar, thanë shkencëtarët. Heterojunksionet formohen duke grumbulluar materiale të ndryshme gjysmëpërçuese, si shtresa në një qelizë diellore, me veti optoelektronike të ndryshme. Këto nyje në pajisjet diellore mund të përshtaten për të ndihmuar në thithjen e më shumë energjisë nga dielli dhe shndërrimin e saj në energji elektrike në mënyrë më efikase.

“Gjëja e bukur e kësaj pune është se ajo tregon fabrikimin e qelizave diellore me heterobashkim fazor duke përdorur dy polimorfe të të njëjtit material është rruga për të shkuar”, tha Dzade. “Përmirëson stabilitetin e materialit dhe parandalon ndërkonvertimin midis dy fazave. Formimi i një ndërfaqe koherente midis dy fazave lejon që elektronet të rrjedhin lehtësisht nëpër pajisje, duke çuar në rritjen e efikasitetit të konvertimit të energjisë. Kjo është ajo që ne demonstruam në këtë pjesë të punës. “

Studiuesit fabrikuan një pajisje që arriti një efikasitet të konvertimit të energjisë prej 21,59%, ndër më të lartat e raportuara për këtë lloj qasjeje dhe stabilitet të shkëlqyeshëm. Pajisjet ruajtën më shumë se 90% të efikasitetit fillestar pas 200 orësh ruajtje në kushte ambienti, tha Dzade.

“Kur shkallëzohet nga një laborator në një modul diellor të botës reale, dizajni ynë shfaqi një efikasitet të konvertimit të energjisë prej 18.43% për një sipërfaqe të qelizave diellore prej më shumë se 7 inç katror (18.08 centimetra në katror),” tha Dzade. “Këto rezultate fillestare theksojnë potencialin e qasjes sonë për zhvillimin e moduleve të qelizave diellore perovskite ultra të mëdha dhe vlerësimin e besueshëm të qëndrueshmërisë së tyre.”

Dzade modeloi strukturën dhe vetitë elektronike të heterobashkimit në shkallën atomike dhe zbuloi se bashkimi i dy fazave fotoaktive krijoi një strukturë të qëndrueshme dhe koherente të ndërfaqes, e cila promovon ndarjen dhe transferimin efikas të ngarkesës—veti të dëshirueshme për arritjen e pajisjeve diellore me efikasitet të lartë.

Kolegët e Dzade në Universitetin Chonnam në Korenë e Jugut zhvilluan metodën unike të depozitimit të dyfishtë për fabrikimin e pajisjes—duke depozituar njërën fazë me një teknikë me ajër të nxehtë dhe tjetrën me avullim termik me burim të trefishtë. Shtimi i sasive të vogla të aditivëve molekularë dhe organikë gjatë procesit të depozitimit përmirësoi më tej vetitë elektrike, efikasitetin dhe stabilitetin e pajisjes, tha Sawanta S. Mali, një profesore kërkimore në Universitetin Chonnam në Korenë e Jugut dhe autori kryesor i letrës.

“Ne besojmë se teknika e depozitimit të dyfishtë që kemi zhvilluar në këtë punë do të ketë implikime të rëndësishme për fabrikimin e qelizave diellore perovskite shumë efikase dhe të qëndrueshme , duke ecur përpara,” tha Nelson Dzade, asistent profesor i inxhinierisë së energjisë dhe mineraleve në Departamentin e Energjisë të Familjes John dhe Willie Leone. dhe Inxhinieri Minerare dhe bashkautor i studimit.

Studiuesit thanë se teknika e depozitimit të dyfishtë mund të hapë rrugën për zhvillimin e qelizave diellore shtesë të bazuara në të gjitha perovskitet inorganike ose përbërjet e tjera të perovskitit halide. Përveç zgjerimit të teknikës në kompozime të ndryshme, puna e ardhshme do të përfshijë bërjen e qelizave aktuale të heterobashkimit të fazës më të qëndrueshme në kushtet e botës reale dhe shkallëzimin e tyre në madhësinë e paneleve diellore tradicionale, thanë studiuesit.

“Me këtë qasje, ne besojmë se duhet të jetë e mundur në të ardhmen e afërt që efikasiteti i këtij materiali të kalojë 25%,,” tha Dzade. “Dhe sapo ta bëjmë këtë, komercializimi bëhet shumë afër.”