Vad är den stora överenskommelsen att dubbla Perovskite solceller kunde rivaliserande silikon

Vad är den stora överenskommelsen att dubbla Perovskite solceller kunde rivaliserande silikon

En ny design för solceller som använder billiga, allmänt tillgängliga material kan konkurrera och till och med överträffa konventionella celler gjorda av kisel.

Forskare har använt tenn och andra rikliga element för att skapa nya former av perovskit-ett fotovoltaiskt kristallint material som är tunnare, flexiblare och lättare att tillverka än kiselkristaller. De rapporterar sin forskning i tidningen Vetenskap.

"Perovskite halvledare har visat ett stort löfte om att göra högaffektiv solceller till låg kostnad", säger studiekonsulent Michael McGehee, professor i materialvetenskap och teknik vid Stanford University. "Vi har konstruerat en robust, all-perovskite-enhet som omvandlar solljus till el med en effektivitet av 20.3-procent, en hastighet som är jämförbar med kisel-solceller på marknaden idag."

Dubbel perovskite-stapel

Den nya enheten består av två perovskite solceller staplade i tandem. Varje cell är tryckt på glas, men samma teknik kan användas för att skriva ut cellerna på plast.

"Den all-perovskite tandemceller som vi har demonstrerat tydligt beskriver en färdplan för tunnfilmssolceller för att leverera över 30-procent effektivitet", säger medarbetare Henry Snaith, professor i fysik vid Oxford University. "Detta är bara början."

Tidigare studier visade att tillsats av ett lag av perovskit kan förbättra effektiviteten hos kiselceller. Men en tandem-enhet bestående av två all-perovskit-celler skulle vara billigare och mindre energiintensiv att bygga, säger forskare.

"En kisel solpanel börjar genom att konvertera kiselkissten till kiselkristaller genom en process som omfattar temperaturer över 3,000 grader Fahrenheit (1,600 grader Celsius)", säger colead författare Tomas Leijtens, postdoktor i Stanford. "Perovskite celler kan bearbetas i ett laboratorium från vanliga material som bly, tenn och brom, sedan tryckt på glas vid rumstemperatur."


Få det senaste från InnerSelf


En svår utmaning

Men att bygga en all-perovskite tandem-enhet har varit en svår utmaning. Huvudproblemet är att skapa stabila perovskitiska material som kan fånga tillräckligt med energi från solen för att ge en anständig spänning.

En typisk perovskitcell skördar fotoner från den synliga delen av solspektret. Högre energi foton kan orsaka elektroner i perovskitkristallen att hoppa över en "energiklyfta" och skapa en elektrisk ström.

En solcell med en liten energiklyfta kan absorbera de flesta foton men producerar en mycket låg spänning. En cell med större energihål genererar en högre spänning, men lägre energimikroner passerar rakt igenom den.

En effektiv tandemanordning skulle bestå av två ideellt matchade celler, säger co-lead författare Giles Eperon, en postdoktor i Oxford för närvarande vid University of Washington.

"Cellen med det större energiklyftan skulle absorbera högre energifotoner och generera ytterligare en spänning", säger Eperon. "Cellen med den mindre energiklyftan kan skörda fotoner som inte samlas in av den första cellen och producerar fortfarande en spänning."

Stabilitetsproblem

Den mindre luckan har visat sig vara den större utmaningen för forskare. Samarbetet gjorde Eperon och Leijtens en unik kombination av tenn, bly, cesium, jod och organiska material för att skapa en effektiv cell med en liten energiklyfta.

"Vi utvecklade en roman perovskite som absorberar infrarött ljus med lägre energi och ger en effektiv omvandlingseffektivitet på 14.8-procent", säger Eperon. "Vi kombinerade sedan den med en perovskitcell bestående av liknande material men med större energiklyfta."

Resultatet: En tandemanordning bestående av två perovskitceller med en kombinerad effektivitet av 20.3-procent.

"Det finns tusentals möjliga föreningar för perovskiter", säger Leijtens, "men den här fungerar väldigt bra, ganska bättre än någonting före den."

"Lim" trick växer större perovskite solceller

Ett bekymmer med perovskites är stabilitet. Tak på solpaneler av kisel typiskt förra 25 år eller mer. Men vissa perovskiter försämras snabbt när de utsätts för fukt eller ljus. I tidigare experiment befanns perovskiter gjorda med tenn vara särskilt instabila.

För att bedöma stabiliteten utsatte forskargruppen båda experimentella cellerna för temperaturer på 212 grader Fahrenheit (100 grader Celsius) i fyra dagar.

"Avgörande, vi fann att våra celler uppvisar utmärkt termisk och atmosfärisk stabilitet, oöverträffad för tennbaserade perovskiter", skriver författarna.

"Effektiviteten hos vår tandemanordning ligger redan långt över de bästa tandem-solcellerna med andra lågkostnadshalvledare, som organiska små molekyler och mikrokristallin kisel", säger McGehee. "De som ser potentialen inser att dessa resultat är fantastiska."

Nästa steg är att optimera materialets sammansättning för att absorbera mer ljus och skapa en jämn högre ström, säger Snaith.

"Perovskites mångsidighet, de låga kostnaderna för material och tillverkning, nu kopplade till möjligheten att uppnå mycket höga effektiviteter, kommer att vara transformativa för den fotovoltaiska industrin när tillverkbarhet och acceptabel stabilitet också bevisats", säger han.

Andra forskare från Stanford, Oxford, Hasselt University i Belgien och SunPreme Inc. är medförfattare av studien.

Finansiering kom från Graphene Flagship, The Leverhulme Trust, Storbritanniens teknik- och fysikvetenskapliga forskningsråd, Europeiska unionens sjunde ramprogram, Horizon 2020, US Naval Research Office och Global Climate and Energy Project i Stanford.

källa: Stanford University

Relaterade böcker:

{amazonWS: searchindex = Böcker; nyckelord = Perovskite Solar Cells; maxresultat = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

följ InnerSelf på

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Få det senaste via e-post

{Emailcloak = off}