Siliciu plus solar perovskit atinge o eficiență de 34 la sută

Pe măsură ce prețul panourilor de siliciu a continuat să scadă, am ajuns la punctul în care acestea reprezintă un cost mic și în scădere pentru construirea unei ferme solare. Aceasta înseamnă că ar putea merita să cheltuiți mai mult pentru a obține un panou care convertește mai mult din lumina soarelui primită în energie electrică, deoarece vă permite să obțineți mai mult din prețul plătit pentru a instala fiecare panou. Dar panourile de siliciu împing deja limitele fizice ale eficienței. Ceea ce înseamnă că cea mai bună șansă a noastră pentru o creștere majoră a eficienței panoului poate fi să combinam siliciul cu un material fotovoltaic suplimentar.

Momentan, cea mai mare parte a atenției se pune pe împerecherea siliciului cu o clasă de materiale numite perovskiți. Cristalele de perovskit pot fi stratificate deasupra siliciului, creând un panou cu două materiale care absorb zone diferite ale spectrului – în plus, perovskiții pot fi fabricați din materii prime relativ ieftine. Din păcate, a fost dificil să se producă perovskiți care să fie atât de înaltă eficiență, cât și să reziste timp de decenii în care porțiunea de siliciu le va face.

Totuși, multe laboratoare încearcă să schimbe asta. Și doi dintre ei au raportat unele progrese în această săptămână, inclusiv un sistem perovskit/siliciu care a atins o eficiență de 34 la sută.

Creșterea stabilității perovskitului

Perovskiții sunt o întreagă clasă de materiale care formează toate aceeași structură cristalină. Deci, există multă flexibilitate atunci când vine vorba de materiile prime utilizate. Fotovoltaicii pe bază de perovskit sunt formați de obicei prin ceea ce se numește procesare în soluție, în care toate materiile prime sunt dizolvate într-un lichid care este apoi stratificat deasupra panoului viitor, permițând formarea cristalelor de perovskit pe întreaga sa suprafață. Ceea ce este grozav, cu excepția faptului că acest proces tinde să formeze mai multe cristale cu orientări diferite pe o singură suprafață, scăzând performanța.

Adăugând la probleme, perovskiții nu sunt, de asemenea, deosebit de stabili. De obicei, sunt alcătuiți dintr-o combinație de ioni încărcați pozitiv și negativ, iar aceștia trebuie să fie prezenți în raporturile potrivite pentru a forma un perovskit. Cu toate acestea, unii dintre acești ioni individuali pot difuza în timp, perturbând structura cristalină. Recoltarea energiei solare, care implică materialul care absoarbe multă energie, înrăutățește lucrurile prin încălzirea materialului, ceea ce crește rata de difuzie.

Combinați, acești factori slăbesc eficiența celulelor solare perovskite și înseamnă că niciuna nu durează atât de mult ca o foaie de siliciu. Noile lucrări abordează aceste probleme din două direcții foarte diferite.

Prima dintre noile lucrări abordează stabilitatea utilizând flexibilitatea perovskiților pentru a încorpora diferiți ioni. Cercetătorii au început folosind o tehnică numită teoria funcțională a densității pentru a modela modul în care diferite molecule s-ar comporta atunci când sunt plasate într-un loc ocupat în mod normal de un ion încărcat pozitiv. Și modelarea i-a încântat de o moleculă numită tetrahidrotriazinium, care are un inel cu șase atomi compus din atomi de carbon și azot alternanți. Plasarea regulată a azotului în jurul inelului îi permite să formeze interacțiuni regulate cu atomii vecini din structura cristalină.

Tetrahidrotriaziniul are o sarcină neutră atunci când doar doi dintre azoți au hidrogeni atașați la ei. Dar, de obicei, scoate un hidrogen încărcat (în mod efectiv, un proton) din soluție, dându-i o sarcină pozitivă netă. Acest lucru lasă fiecare dintre cei trei azoți ai săi asociat cu un hidrogen și permite ca sarcina pozitivă să fie distribuită între ei. Acest lucru face ca această interacțiune să fie incredibil de puternică, ceea ce înseamnă că este extrem de puțin probabil ca hidrogenii să se desprindă, ceea ce stabilizează și structura cristalului.

Deci, acest lucru ar trebui să facă perovskiții mult, mult mai stabili. Singura problema? Tetrahidrotriaziniul tinde să reacționeze cu o mulțime de alte substanțe chimice, așa că este dificil de furnizat ca materie primă pentru soluția de formare a perovskitului.