Исследователи солнечной энергии при Университете штата Орегон сияют их научного внимания на материалы с кристаллической структурой обнаружен почти два века назад.
Не все материалы со структурой, известной как перовскиты, являются полупроводники. Но перовскитов на основе металла и галогена, и они имеют огромный потенциал для фотоэлектрических элементов, которые могли бы быть гораздо меньше затрат, чем на основе кремния клеток, которые владели рынке с момента своего создания в 1950-х годах.
Достаточный потенциал, исследователи говорят, что, возможно, когда-нибудь существенно разделывать на долю ископаемого топлива в энергетическом секторе.
Джон Labram осу колледж машиностроения автор на двух последних работах на перовскита стабильности, в физике коммуникаций и Журнал физической химии писем, а также внесла в статье, опубликованной сегодня в Science.
Исследования в области науки, во главе с исследователями из Оксфордского университета, показало, что молекулярные добавки — соли на основе органического соединения пиперидина — значительно повышает долговечность перовскитных солнечных батарей.
Выводы, изложенные во всех трех документах углубить понимание перспективный полупроводник, который проистекает из давнего открытия российского минералога. На Урале в 1839 году Густав Розе наткнулся на оксид кальция и титана с интригующим кристаллическая структура и назвал его в честь русского дворянина Лев Перовский.
Теперь перовскита относится к целому ряду материалов, которые имеют кристаллическую решетку оригинал. Интерес к ним начал ускоряться в 2009 году после того, как японский ученый, Цутому Миясаки, обнаружил, что некоторые перовскиты являются эффективными поглотителями света.
«Из-за их низкой стоимости, перовскит солнечные батареи обладают потенциалом для подрубки ископаемого топлива и революцию на рынке энергетики», — сказал Labram. «Одним малоизученным аспектом этого нового класса материалов, является их устойчивость при постоянном освещении, что является барьером для коммерциализации.»
За последние два года, исследовательская группа Labram в школе электротехники и вычислительной техники была построена уникальная экспериментальная установка для исследования изменения проводимости солнечных материалов с течением времени.
«Объединившись с Оксфордским университетом, мы продемонстрировали, что свет-индуцированной нестабильности происходит на протяжении многих часов, даже при отсутствии электрического контакта», — сказал он. «Эти выводы помогают прояснить аналогичные результаты наблюдаются в солнечных батареях и удерживайте клавишу повышения устойчивости и коммерческой эффективности перовскитных солнечных элементов.»
Эффективность солнечной ячейки определяется процент энергии от солнечного света, падающего на ячейку, преобразуется в полезную электрическую мощность.
Семь десятилетий назад лаборатории Белл разработал первый практический солнечных батарей. Он был скромным, по сегодняшним меркам, КПД 6% и был дорогим, но он нашел свою нишу в энергообеспечении спутники запускали в первые дни космической гонке.
С течением времени, издержки производства уменьшились, а эффективность полезли, хотя большинство клеток не очень изменилась-они по-прежнему состоят из двух слоев почти чистого кремния, легированного добавкой. Поглощая свет, они используют энергию для создания электрического тока через стык между ними.
В 2012 году один из сотрудников Labram, Генри Снэйт Оксфорд, сделали революционное открытие, что перовскиты могут быть использованы в качестве основного компонента в солнечных батареях, а не просто как раздражитель. Это вызвало бурю научных исследований и тысячи научных трудов издается ежегодно на эту тему. Восемь лет исследований позже, перовскит клетки теперь могут работать на 25% эффективность — делая их, по крайней мере, в лаборатории, на равне с коммерческими кремниевых элементов.
Перовскит клетки могут быть недорого изготовлены из обычно существующих промышленных химических веществ и металлов и может быть напечатана на гибкие пленки из пластика и массового производства. Клетки кремния, наоборот, жесткие и сделаны из тонко нарезанных пластин из почти чистого кремния в дорогой, высокой температуры процесса.
Одна проблема с перовскитов является их тенденция быть немного нестабильны при повышении температуры, а другой-уязвимость к влаге-свойствами, которые смогут сделать клетки разлагаются. Это проблема для продукта, который должен длиться два или три десятилетия на открытом воздухе.
«В целом, чтобы иметь возможность продавать солнечные панели в США и Европе требует 25-летнюю гарантию», — сказал Labram. «Что это значит в реальности солнечной батареи должен показывать не менее 80% первоначальной производительности после 25 лет. Современные технологии, кремний, довольно хорошо для этого. А кремний должен быть дорого производится при температуре более 2000 градусов по Цельсию при контролируемых условиях, чтобы сформировать идеальное, без дефектов кристаллов, поэтому они нормально работают».
Перовскиты с другой стороны очень толерантны дефект, сказал Labram.
«Они могут быть растворены в растворителе, затем напечатанный на уровне, близком к комнатной температуре», — сказал он. «Это означает, что они в конечном счете может быть произведен на долю от стоимости кремния, и, следовательно, подрывает ископаемого топлива. Однако для этого они должны быть ненормальной с 25-летней гарантией. Это требует от нас, чтобы понять и улучшить стабильность этих материалов».
Один путь на рынок-это тандем клетки сделано из кремния и перовскиты, которые могут оказаться в спектре солнечного света в энергию. Лабораторные тесты на тандем клетки произвели КПД 28%, а КПД в середине 30-х годов кажутся реалистичными, сказал Labram.
«Клетки тандем может позволить производителям солнечных панелей, чтобы предложить представление кремния в одиночку могли достичь», — сказал он. «Двойной подход может помочь снять барьер в перовскитах выхода на рынок, по дороге в перовскитах со временем, действуя как самостоятельный клетки.»
Полупрозрачные, перовскита пленок также может один день быть использован на Windows, или в парниках, превращая часть падающего солнечного света в электричество, позволяя остальным пройти.
«Когда дело доходит до производства энергии, стоимость является наиболее важным фактором», — сказал Labram. «Кремний и перовскиты сейчас показывают примерно одинаковую эффективность. В долгосрочной перспективе, однако, перовскит солнечные батареи имеют потенциал, чтобы быть сделано на долю от стоимости кремниевых солнечных элементов. И хотя история нам показала, что политические действия по изменению климата в значительной степени неэффективны, если вы можете генерировать электроэнергию из возобновляемых источников дешевле, чем ископаемое топливо, все, что вам нужно сделать, это сделать продукт, то рынок будет заботиться об остальном.»
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!