Tutkijat ovat löytäneet tavan tehdä perovskiti-aurinkokennoista paitsi erittäin tehokkaita myös yllättävän vakaita, mikä on vuosien ajan estänyt niiden siirtymisen laboratorioista kotiemme katoille.
Sisältö
Perovskiti on pitkään pidetty vallankumouksellisena ratkaisuna aurinkoenergian alalla. Sen avulla voidaan valmistaa erittäin ohuita, joustavia elementtejä, jotka ovat paljon kevyempiä kuin piielementit, käyttämällä vähemmän energiaa ja materiaaleja kuluttavia prosesseja. Ongelma on aina ollut sama: aurinko, kuumuus ja kosteus tuhoavat sen liian nopeasti. Korkea teho , heikko kestävyys.
Tämä on tärkeä askel eteenpäin perovskitiittisten aurinkokennojen vakauden parantamisessa.
Tutkijaryhmä, jota johti professori Thomas Anthropoulos Manchesterin yliopistosta, keskittyi tähän heikkoon kohtaan. He tekivät tämän valitsemalla tarkasti perovskitin pintaa peittävät molekyylit. Sidonta-aineena he käyttivät pieniä kemiallisia yhdisteitä, joita kutsutaan amidiniligandeiksi ja jotka toimivat eräänlaisena molekyyliliimana.
Kyseessä ei ole tavallinen lakka. Nämä ligandidit järjestävät materiaalin pinnan nanomittakaavassa ja edistävät mataladimensioisen perovskitiitin kerroksen muodostumista tavallisen kolmiulotteisen rakenteen päälle. Tämä kerros toimii suojana: se on sileä, järjestäytynyt ja ilman aukkoja, joiden läpi virheet voivat tunkeutua.
Science-lehdessä julkaistu tutkimus osoittaa, että ligandin kemiallinen rakenne ohjaa tämän suojakerroksen järjestäytymistä. Oikein valittuna se luo pinnan, joka estää kosteuden, vastustaa kuumenemista ja estää elektronien menetyksen. Sähkövirta kulkee tehokkaammin, ja materiaali vanhenee paljon hitaammin. Huomattavasti hitaammin.
Tehokkuus ja tulosten kestävyys
Tämän lähestymistavan ansiosta elementit saavuttivat 25,4 %:n muuntotehokkuuden, mikä on jo erittäin kilpailukykyistä jopa kaupalliseen piihin verrattuna. Mutta todella mielenkiintoista on seuraava seikka: 1100 tunnin jatkuvan toiminnan jälkeen 85 °C:n lämpötilassa voimakkaassa valaistuksessa elementit osoittivat edelleen yli 95 % alkuperäisestä kapasiteetistaan.
Tämä vastaa äärimmäisten olosuhteiden mallintamista, jotka ovat huomattavasti parempia kuin ne, joihin paneelit joutuvat keskimääräisellä eurooppalaisella katolla. Toisin sanoen, kyse ei ole enää hauraista laboratoriomateriaaleista, vaan jostakin, joka alkaa muistuttaa todellista tuotetta.
Anthropoulos totesi lyhyesti, että perovskitit lupaavat olla halvempi, kevyempi ja joustavampi vaihtoehto piille, mutta ne eivät ole osoittautuneet riittävän kestäviksi. Näiden uusien ligandeiden kemialliset ominaisuudet mahdollistavat korkealaatuisten, vakaiden kerrosten hallitun kasvattamisen, mikä tuo teknologian lähemmäksi massatuotannon mahdollisuutta ilman pelkoa sen heikkenemisestä muutaman vuoden kuluessa.
Ja kyse on jostain suuremmasta. Perovskitit voidaan tulostaa arkkeille, integroida julkisivuihin, läpikuultaviin ikkunalaseihin tai kevyisiin kattomateriaaleihin. Yritykset ja tutkimuskeskukset tutkivat jo piin ja perovskitin hybridipaneeleja, jotka yhdistävät molempien materiaalien parhaat ominaisuudet, jolloin ne voivat ylittää nykyiset tehokkuusrajoitukset ilman materiaalien päällekkäisyyttä. Tämä vakauden parannus oli yksi puuttuvista elementeistä, joita tarvittiin, jotta tämä yhdistelmä olisi käyttökelpoinen laboratorion ulkopuolella.
Potentiaali
Jos nämä molekyylikerrokset onnistutaan ottamaan käyttöön teollisissa prosesseissa, vakaa perovskite voi nopeuttaa aurinkoenergian kehitystä olosuhteissa, joissa pii on kallista tai vaikea käyttää. Kaupungit, joissa on vanhentuneita rakennuksia, maat, joissa sähköverkot ovat epäluotettavia, mobiili-infrastruktuuri – nämä ovat kaikki alueita, joilla se voi olla hyödyllinen.
Yhdistettynä piielementteihin tandem-moduuleissa nämä elementit voivat lisätä sähkön tuotantoa neliömetriä kohti ilman resurssien päällekkäisyyttä. Enemmän puhdasta energiaa samalla katolla. Pienempi kuormitus raaka-aineille ja maaperälle.
Tämä ei ole taikatemppu eikä universaali ratkaisu. Mutta se on avaintekijä laajemmassa tehtävässä: tuottaa enemmän uusiutuvaa sähköenergiaa käyttämällä vähemmän materiaaleja, vähemmän energiaa ja vähemmän maata. Ja tämä on erittäin tärkeää jo muutenkin rajallisella planeetalla.
