Naukowcy z Wydziału Inżynierii Uniwersytetu Nauki i Technologii w Hongkongu (HKUST) dokonali niedawno znaczącego odkrycia w dziedzinie perowskitowych ogniw słonecznych. Zespół badawczy kierowany przez prof. ZHOU Yuanyuana zidentyfikował obecność wklęsłości na powierzchniach ziaren krystalicznych w cienkich warstwach perowskitu. Te mikrostrukturalne nieprawidłowości znacząco wpływają na właściwości i niezawodność ogniw słonecznych, stanowiąc kluczowy czynnik ich wydajności.
Perowskitowe ogniwa słoneczne, znane z doskonałej wydajności konwersji energii (PCE), są już uznawane za potencjalny zamiennik tradycyjnych ogniw krzemowych. Oferują wiele zalet, w tym niższe koszty produkcji, zrównoważoną produkcję i wysoką elastyczność pod względem przezroczystości i kolorów. Pomimo tych zalet, długoterminowa stabilność ogniw perowskitowych w różnych warunkach pozostaje wyzwaniem dla komercjalizacji.
Aby rozwiązać ten problem, zespół badawczy HKUST skupił się na mikrostrukturalnych aspektach materiału. Odkryli, że wklęsłości na powierzchniach ziaren krystalicznych przerywają strukturalną ciągłość na interfejsie warstw perowskitowych, co ogranicza wydajność i stabilność ogniw. Dzięki zastosowaniu cząsteczki surfaktantu tridekafluoroheksano-1-sulfonianu potasu, zespół był w stanie wyeliminować te wklęsłości, co skutkowało znacznymi poprawami w wydajności perowskitowych ogniw słonecznych.
Nowa metoda poprawy wydajności
Poprzez zastosowanie surfaktantu, zespół badawczy manipulował ewolucją naprężeń i dyfuzją jonów podczas formowania warstw perowskitu. Umożliwiło to poprawę wydajności zatrzymywania energii podczas standardowych testów cyklicznych termicznych, wilgotnego ciepła i śledzenia maksymalnej mocy.
Prof. Zhou podkreślił znaczenie zrozumienia mikrostruktury materiałów perowskitowych w celu osiągnięcia maksymalnej wydajności ogniw słonecznych. "Struktura i geometria pojedynczych ziaren krystalicznych są źródłem wydajności półprzewodników perowskitowych i ogniw słonecznych. Dzięki odkryciu wklęsłości na powierzchni ziaren, zrozumieniu ich efektów i zastosowaniu inżynierii chemicznej do dostosowania ich geometracji, pionierujemy nowy sposób wytwarzania perowskitowych ogniw słonecznych o maksymalnej wydajności i stabilności," powiedział prof. Zhou.
Oprócz odkrycia wklęsłości, zespół użył mikroskopii sił atomowych do szczegółowego zbadania właściwości strukturalnych warstw perowskitowych. Wklęsłości to zazwyczaj ukryte mikrostrukturalne czynniki, które często są pomijane, ale mają znaczący wpływ na wydajność ogniw słonecznych.
Zhang Yalan, doktorant w grupie badawczej prof. Zhou, podkreślił znaczenie mikrostruktury dla perowskitowych ogniw słonecznych i innych urządzeń optoelektronicznych. "Pod kierunkiem prof. Zhou, udało nam się opracować różne nowe metody charakteryzacji i podejścia do zbierania danych, aby lepiej zrozumieć mikrostrukturę perowskitów," powiedział Zhang.
Co więcej, zespół badawczy planuje kontynuować rozwijanie i stosowanie swoich odkryć, aby zwiększyć komercyjną opłacalność perowskitowych ogniw słonecznych. Wprowadzenie nowych technik i usprawnień w procesie produkcyjnym może prowadzić do znaczących postępów w tej dziedzinie, umożliwiając szersze zastosowanie ogniw perowskitowych w różnych branżach.
Perowskitowe ogniwa słoneczne stanowią wyjątkową technologię, która może zrewolucjonizować sposób, w jaki produkujemy i wykorzystujemy energię słoneczną. Dzięki ciągłym badaniom i udoskonaleniom potencjał tej technologii jest ogromny, oferując bardziej zrównoważone i wydajne źródło energii na przyszłość.
Źródło: Hong Kong University of Science and Technology