Έρευνα: Ηλιακά πάνελ 2 έως 4 φορές φθηνότερα

Το Πανεπιστήμιο του Μίτσιγκαν μέσω ανακάλυψης που παρέχει βασικές γνώσεις για την πρόληψη της ταχείας υποβάθμισης των ημιαγωγών περοβσκίτη, μπορεί να οδηγήσει σε ηλιακά κύτταρα που είναι 2 έως 4 φορές λιγότερο ακριβά από τα σημερινά ηλιακά πάνελ λεπτής μεμβράνης.

Οι περοβσκίτες μπορούν επίσης να συνδυαστούν με τους ημιαγωγούς με βάση το πυρίτιο που είναι διαδεδομένοι στα σημερινά ηλιακά πάνελ για να δημιουργήσουν ηλιακά κύτταρα «παράλληλα» που θα μπορούσαν να ξεπεράσουν τη μέγιστη θεωρητική απόδοση των ηλιακών κυψελών πυριτίου.

«Τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου είναι εξαιρετικά γιατί είναι πολύ αποδοτικά και μπορούν να διαρκέσουν για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά η υψηλή απόδοση έχει υψηλό κόστος.

Για να παραχθεί πυρίτιο υψηλής καθαρότητας, χρειάζονται θερμοκρασίες άνω των 1.000 βαθμών Κελσίου.

Διαφορετικά, η αποτελεσματικότητα δεν θα είναι τόσο καλή», δήλωσε ο Xiwen Gong (επίκουρος καθηγητής χημικής μηχανικής U-M).

Προκλήσεις με ηλιακά κύτταρα οι περοβσκίτη

Η υψηλή θερμοκρασία συνοδεύεται από υψηλότερο οικονομικό και περιβαλλοντικό κόστος. Όμως, ενώ οι περοβσκίτες μπορούν να παραχθούν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, αποικοδομούνται όταν εκτίθενται στη θερμότητα, την υγρασία και τον αέρα.

Ως αποτέλεσμα, η διάρκεια ζωής του περοβσκίτη σήμερα είναι πολύ μικρή για να είναι εμπορικά ανταγωνιστική στα ηλιακά πάνελ.

Η έρευνα της Γκονγκ στοχεύει να κατασκευάσει σκληρότερα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη και η τελευταία της μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Matter υποδηλώνει ότι τα ογκώδη μόρια «ειρηνευτικών ελαττωμάτων» είναι καλύτερα για την αύξηση της σταθερότητας και της συνολικής διάρκειας ζωής των περοβσκιτών.

 

Κατανόηση των ελαττωμάτων περοβσκίτη

Οι κρύσταλλοι περοβσκίτη περιέχουν άτομα μολύβδου που δεν είναι πλήρως συνδεδεμένα με τα άλλα συστατικά του περοβσκίτη. Τέτοιες «υποσυντονισμένες θέσεις» είναι ελαττώματα που εντοπίζονται συχνά στις κρυσταλλικές επιφάνειες και στα όρια των κόκκων όπου υπάρχει σπάσιμο στο κρυσταλλικό πλέγμα. Αυτά τα ελαττώματα εμποδίζουν την κίνηση των ηλεκτρονίων και επιταχύνουν τη διάσπαση του υλικού περοβσκίτη.

Οι μηχανικοί γνωρίζουν ήδη ότι η ανάμειξη ελαττωματικών μορίων ειρήνευσης στους περοβσκίτες μπορεί να βοηθήσει να κλειδώσει το υποσυντονισμένο μόλυβδο, αποτρέποντας με τη σειρά του το σχηματισμό άλλων ατελειών σε υψηλές θερμοκρασίες. Αλλά μέχρι τώρα, οι μηχανικοί δεν γνώριζαν ακριβώς πώς ένα δεδομένο μόριο επηρέαζε την ανθεκτικότητα των κυττάρων περοβσκίτη.

 

Έρευνα για τα πρόσθετα περοβσκίτη

Για να διερευνήσει το πρόβλημα, η ομάδα του Γκονγκ δημιούργησε 3 πρόσθετα με μια σειρά σχημάτων και μεγεθών τα οποία πρόσθεσε σε λεπτές μεμβράνες κρυστάλλων περοβσκίτη, που μπορούν να απορροφήσουν το φως και να το μετατρέψουν σε ηλεκτρική ενέργεια.

Κάθε πρόσθετο περιείχε τα ίδια ή παρόμοια χημικά δομικά στοιχεία τα οποία έκαναν το μέγεθος, το βάρος και τη διάταξη τις κύριες ιδιότητες που τα διαφοροποιούσαν.

Στη συνέχεια, η ομάδα μέτρησε πόσο έντονα αλληλεπιδρούν τα διάφορα πρόσθετα με τους περοβσκίτες.

Τα μεγαλύτερα μόρια κατά μάζα ήταν καλύτερα να κολλήσουν στον περοβσκίτη επειδή είχαν περισσότερες θέσεις δέσμευσης που αλληλεπιδρούν με τους κρυστάλλους περοβσκίτη. Ως αποτέλεσμα, έτειναν να είναι καλύτερα στην πρόληψη του σχηματισμού ελαττωμάτων.

 

Επιρροή του πρόσθετου μεγέθους και σχήματος

Η θέρμανση των μεμβρανών περοβσκίτη σε πάνω από 200 βαθμούς Κελσίου επιβεβαίωσε ότι τα ογκώδη πρόσθετα βοήθησαν τις μεμβράνες να διατηρήσουν περισσότερο το χαρακτηριστικό μαύρο χρώμα τους, να αναπτύξουν λιγότερα δομικά ελαττώματα και να αυξηθεί η διάρκεια ζωής των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη.

www.worldenergynews.gr