Zinātnieki ir atraduši veidu, kā padarīt perovskīta saules elementus ne tikai augsti efektīvus, bet arī pārsteidzoši stabilus. Tieši tas gadiem ilgi traucēja to ieviešanu no laboratorijām uz mūsu māju jumtiem.
Saturs
Perovskīts ilgu laiku tika uzskatīts par revolucionāru risinājumu saules enerģētikai. Tas ļauj ražot ļoti plānus, elastīgus elementus, kas ir daudz vieglāki par silīcija elementiem, izmantojot procesus, kas patērē mazāk enerģijas un materiālu. Problēma vienmēr palika tā pati: saule, karstums un mitrums to pārāk ātri iznīcina. Augsta jauda, zema izturība.
Izšķirošs solis uz priekšu perovskīta saules elementu stabilitātes uzlabošanā.
Pētnieku grupa profesora Tomasa Antropouloša vadībā no Mančestras Universitātes precīzi mērķēja uz šo vājo vietu. Viņi to izdarīja, precīzi pielāgojot molekulas, kas klāj perovskīta virsmu. Kā saistvielu viņi izmantoja nelielus ķīmiskos savienojumus, ko sauc par amidīnligandiem un kas darbojas kā sava veida molekulārs līme .
Tas nav vienkārši parasts laka. Šie ligandi organizē materiāla virsmu nanomērogā un veicina zemas dimensijas perovskīta slāņa veidošanos virs parastās trīsdimensiju struktūras. Šis slānis darbojas kā ekrāns: gluds, sakārtots, bez spraugām, caur kurām var iekļūt defekti.
Žurnālā Science publicētais pētījums parāda, ka liganda ķīmiskā struktūra kontrolē šī aizsargslāņa organizāciju. Pareizi izvēloties, tas rada virsmu, kas bloķē mitrumu, pretoties siltumam un novērš elektronu zudumu. Elektriskā strāva plūst efektīvāk, un materiāls noveco daudz lēnāk. Ievērojami lēnāk.
Rezultātu efektivitāte un ilgtspēja
Pateicoties šādai pieejai, šūnas sasniedza 25,4 % pārveides efektivitāti, kas jau ir ļoti konkurētspējīgs rādītājs pat salīdzinājumā ar komerciālo silīciju. Bet patiesi interesanti kļuva šāds fakts: pēc 1100 stundu nepārtrauktas darbības 85 °C temperatūrā intensīvā apgaismojumā šūnas joprojām demonstrēja vairāk nekā 95 % no sākotnējās jaudas .
Tas ir līdzvērtīgs ekstremālu apstākļu modelēšanai, kas ievērojami pārsniedz tos, ar kuriem saskaras paneļi vidēji statistiskā Eiropas jumta. Citiem vārdiem sakot, runa vairs nav par trausliem laboratorijas materiāliem, bet par kaut ko, kas sāk atgādināt reālu produktu.
Anthropoulos īsumā Perovskīti solīja kļūt par lētāku, vieglāku un elastīgāku alternatīvu silīcijam, bet izrādījās nepietiekami izturīgi. Šo jauno ligandu ķīmija ļauj kontrolēti audzēt augstas kvalitātes , stabilus slāņus , tuvinot tehnoloģiju iespējai to ražot lielā apjomā, nebaidoties par degradāciju vairāku gadu laikā.
Un tas ir saistīts ar kaut ko lielāku. Perovskīti var drukāt uz loksnēm, integrēt fasādēs, puscaurspīdīgās logu rūtīs vai vieglos jumta seguma materiālos. Uzņēmumi un pētniecības centri jau pēta hibrīda paneļus no silīcija un perovskīta, kas apvieno abu materiālu labākās īpašības, ļaujot pārvarēt esošos efektivitātes ierobežojumus, nedublējot materiālus. Šī stabilitātes uzlabošana bija viens no trūkstošajiem elementiem, kas nepieciešams, lai padarītu šo kombināciju dzīvotspējīgu ārpus laboratorijas.
Potenciāls
Ja šie molekulārie slāņi tiks veiksmīgi ieviesti rūpnieciskajos procesos, stabilais perovskīts varēs paātrināt saules enerģijas attīstību apstākļos, kad silīcijs ir dārgs vai to ir grūti izmantot. Pilsētas ar novecojošām ēkām, valstis ar nedrošām elektrotīklām, mobilā infrastruktūra — visas šīs ir jomas, kurās tas var būt noderīgs.
Kombinācijā ar silīcija elementiem tandēma moduļos šīs šūnas var palielināt elektroenerģijas ražošanu uz kvadrātmetru bez resursu dublēšanas. Vairāk tīras enerģijas uz tā paša jumta. Mazāka slodze uz izejvielām un zemi.
Tas nav burvju triks un nav universāls risinājums. Bet tas ir galvenais elements plašākā uzdevumā: ražot vairāk atjaunojamās elektroenerģijas, izmantojot mazāk materiālu, mazāk enerģijas un mazāk zemes . Un tas, uz jau tā ierobežotās planētas, ir ļoti svarīgi.
