Werbung

Eine neuartige Verwendung von Solarmodulmaterial kann die Haltbarkeit erheblich verbessern

Und bieten nachhaltige Optionen für Länder mit niedrigem bis mittlerem Einkommen.

Photovoltaik aus Perowskit könnte bald kommerzielle Realität werden. DiyanaDimitrova/ iStock

Eine gemeinsame Forschungsarbeit zwischen Wissenschaftlern an Universitäten in Großbritannien und Japan hat das Geheimnis der „Achillesferse“ von Perowskiten, einer kostengünstigen Alternative zur Herstellung von Zellen für Solarmodule, entdeckt.Phys.org gemeldet. Dies könnte in naher Zukunft den Weg für langlebige Photovoltaik ebnen.

Die Nutzung von reichlich vorhandener Solarenergie ist eine der Methoden, mit denen Länder versuchen, von fossilen Brennstoffen wegzukommen. Die Herstellung von Solarmodulen in großem Maßstab erfordert eine spezialisierte Infrastruktur für die Siliziumverarbeitung, die mit einem hohen Kapitalaufwand einhergeht. Dies spiegelt sich in der Höhe widerKosten für Sonnenkollektoren, die zu einem Haupthindernis für den Übergang zu dieser Form erneuerbarer Energie geworden sind.

Perowskit, ein natürlich vorkommendes Mineral aus Calciumtitanat hat sich als billigere Alternative zu Silizium für die Herstellung von Photovoltaikzellen erwiesen, aber der Weg zu ihrer kommerziellen Nutzung ist nicht so einfach.

Das Problem mit Perowskiten

Ein typisches Solarmodul aus Silizium hält normalerweise 20-25 Jahre. Um mit der hohen Haltbarkeit dieser Module mithalten zu können, müssen aus Perowskit hergestellte Module mindestens ein Jahrzehnt lang funktionsfähig bleiben. Dies wurde jedoch noch nicht einmal erreichtForschungseinstellungen. Im kommerziellen Maßstab wird die Leistung dieser Panels voraussichtlich weiter sinken.

Forscher an der University of Cambridge in Großbritannien und den USADas Okinawa Institute of Science and Technology OIST in Japan untersuchte daher die aus Perowskit hergestellten Solarmodule auf ihre nanomolekulare Ebene, um zu verstehen, warum sich diese Module im Laufe der Zeit verschlechtern.

Frühere Forschungen des Teams, um zu verstehen, warum die Leistung der Perowskit-Photovoltaik im Laufe der Zeit nachlässt, führten sie zu einem Phänomen namens Ladungsträgerfallen. Mithilfe der Elektronenmikroskopie konnten die Forscher die Veränderungen beobachten, die in diesen Ladungsträgerfallen auftraten, und jetzt,sie können sie mit der Langlebigkeit der Solarzelle in Verbindung bringen.

Werbung

Die Lösung zur Herstellung nachhaltiger Solarzellen

Perowskite können in flüssiger Tinte hergestellt und zu Form a gedruckt werden dünne Schicht von Solarzellen. Durch eine geringfügige Änderung der chemischen Zusammensetzung der Perowskite konnten die Forscher die Bildung des Perowskitfilms während des Druckens verändern und die Bildung der Ladungsträgerfallen eindämmen. Die Forscher erwarten, dass die damit hergestellte Photovoltaik länger funktionsfähig bleibtZeit und bringen uns bald kommerziell erhältliche Perowskit-Photovoltaik-Geräte näher.

„Herstellungsprozesse müssen eine sorgfältige Abstimmung der Struktur und Zusammensetzung über einen großen Bereich beinhalten, um jede Spur dieser unerwünschten Phasen zu beseitigen“, sagte Dr. Sam Stranks von der Cambridge University, der die Forschung leitete. „Dies ist ein großartiges Beispiel für grundlegendeWissenschaft, die die skalierte Fertigung direkt anleitet."

Die Herstellung von Perowskit-Photovoltaik erfordert keine kostspielige Infrastruktur wie die Silizium-Photovoltaik und kann in Gebieten eingerichtet werden, in denen es keine Einrichtungen zur Verarbeitung von Silizium gibt. Dies ist ein großer Segen für Länder mit niedrigem und mittlerem Einkommen, die einen Übergang anstrebenSolarenergie, heißt es in der Pressemitteilung.

Werbung

Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Natur.

Zusammenfassung

Das Verständnis der nanoskopischen chemischen und strukturellen Veränderungen, die Instabilitäten in aufstrebenden Energiematerialien antreiben, ist für die Minderung der Geräteverschlechterung von entscheidender Bedeutung. Die Leistungsumwandlungseffizienz von Halogenid-Perowskit-Photovoltaikgeräten hat 25,7 % in Single-Junction- und 29,8 % in Tandem-Perowskit/Silizium-Zellen erreicht.1,2, aber die Beibehaltung einer solchen Leistung im Dauerbetrieb blieb schwer fassbar3. Hier entwickeln wir ein multimodales Mikroskopie-Toolkit, um aufzuzeigen, dass in führenden formamidiniumreichen Perowskit-Absorbern nanoskalige Phasenverunreinigungen, einschließlich hexagonaler Polytyp- und Bleiiodid-Einschlüsse, nicht nur Fallen für photoangeregte Ladungsträger sind, die selbst die Leistung verringern.4,5, aber über den gleichen Einfangprozess gibt es Stellen, an denen der photochemische Abbau der Absorberschicht ausgesät wird. Wir visualisieren beleuchtungsinduzierte Strukturänderungen an Phasenverunreinigungen, die mit Einfangclustern assoziiert sind, und zeigen, dass sogar Spuren dieser Phasen, die sonst mit der Masse unentdeckt wärenMessungen beeinträchtigen die Langlebigkeit des Geräts. Die Art und Verteilung dieser unerwünschten Phaseneinschlüsse hängt von der Filmzusammensetzung und -verarbeitung ab, wobei das Vorhandensein von Polytypen für die Filmfotostabilität am schädlichsten ist. Wichtig ist, dass wir zeigen, dass Leistungsverluste und intrinsische Abbauprozesse beides sein könnendurch Modulation dieser fehlerhaften Phasenverunreinigungen gemildert werden, und demonstrieren, dass dies eine sorgfältige Abstimmung lokaler struktureller und chemischer Eigenschaften erfordert.Dieser multimodale Arbeitsablauf zur Korrelation der nanoskopischen Landschaft von strahlempfindlichen Energiematerialien wird auf eine Vielzahl von Halbleitern anwendbar sein, für die ein lokales Bild vonLeistung und Betriebsstabilität hatnoch festzulegen.

Folgen Sie uns auf

ERHALTEN SIE IHRE TÄGLICHEN NACHRICHTEN DIREKT IN IHREM INBOX

Bleiben Sie kostenlos mit den neuesten Nachrichten aus Wissenschaft, Technologie und Innovation auf dem Laufenden :

Durch das Abonnieren stimmen Sie unseren zuNutzungsbedingungen und Datenschutzerklärung. Sie können sich jederzeit abmelden.