Znanstvenici sa Škole inženjerstva Hongkonškog sveučilišta za znanost i tehnologiju (HKUST) nedavno su napravili značajno otkriće u području perovskitnih solarnih ćelija. Istraživački tim, predvođen prof. ZHOU Yuanyuanom, otkrio je prisutnost konkavnosti na površinama kristalnih zrna perovskitnih tankih filmova. Ove mikrostrukturne nepravilnosti značajno utječu na svojstva i pouzdanost solarnih ćelija, čime predstavljaju ključni faktor u njihovoj učinkovitosti.

Perovskitne solarne ćelije, poznate po svojoj izvanrednoj učinkovitosti pretvorbe energije (PCE), već su prepoznate kao potencijalna zamjena za tradicionalne silicijske solarne ćelije. Nude niz prednosti, uključujući niže troškove proizvodnje, održivu proizvodnju i visoku prilagodljivost u smislu prozirnosti i boja. Unatoč ovim prednostima, dugoročna stabilnost perovskitnih ćelija pod različitim uvjetima ostaje izazov za komercijalizaciju.

Kako bi riješili ovaj problem, istraživački tim HKUST-a usredotočio se na mikrostrukturne aspekte materijala. Pronašli su da konkavnosti na površinama kristalnih zrna prekidaju strukturni kontinuitet na sučelju perovskitnih filmova, što ograničava učinkovitost i stabilnost ćelija. Upotrebom surfaktantne molekule tridecafluoroheksan-1-sulfonske kiseline kalija, tim je uspio eliminirati ove konkavnosti, što je rezultiralo značajnim poboljšanjima u performansama perovskitnih solarnih ćelija.

Nova metoda poboljšanja učinkovitosti
Kroz primjenu surfaktanta, istraživački tim je manipulirao evolucijom naprezanja i difuzijom iona tijekom formiranja perovskitnih filmova. Ovo je omogućilo poboljšanu učinkovitost zadržavanja energije tijekom standardiziranih testova termalnog cikliranja, vlažne topline i praćenja maksimalne snage.

Prof. Zhou je naglasio važnost razumijevanja mikrostrukture perovskitnih materijala za postizanje maksimalne učinkovitosti solarnih ćelija. "Struktura i geometrija pojedinačnih kristalnih zrna izvor su performansi perovskitnih poluvodiča i solarnih ćelija. Otkrićem konkavnosti na površini zrna, razumijevanjem njihovih učinaka i korištenjem kemijskog inženjerstva za prilagodbu njihove geometrije, pioniramo novi način izrade perovskitnih solarnih ćelija s maksimalnom učinkovitošću i stabilnošću," rekao je prof. Zhou.

Pored otkrića konkavnosti, tim je koristio atomsko-silu mikroskopiju za detaljno ispitivanje strukturnih svojstava perovskitnih filmova. Konkavnosti su obično skriveni mikrostrukturni čimbenici koji se često zanemaruju, ali imaju značajan utjecaj na performanse solarnih ćelija.

Zhang Yalan, doktorand u istraživačkoj grupi prof. Zhoua, naglasio je važnost mikrostrukture za perovskitne solarne ćelije i druge optoelektroničke uređaje. "Pod vodstvom prof. Zhoua, uspjeli smo razviti različite nove metode karakterizacije i pristupe za prikupljanje podataka kako bismo bolje razumjeli mikrostrukturu perovskita," rekao je Zhang.

Osim toga, istraživački tim planira dalje razvijati i primjenjivati svoja otkrića kako bi unaprijedili komercijalnu održivost perovskitnih solarnih ćelija. Uvođenje novih tehnika i poboljšanja u proizvodnom procesu moglo bi dovesti do značajnog napretka u ovom području, omogućujući širu upotrebu perovskitnih ćelija u različitim industrijama.

Perovskitne solarne ćelije predstavljaju izvanrednu tehnologiju koja bi mogla revolucionirati način na koji proizvodimo i koristimo solarnu energiju. Uz kontinuirana istraživanja i poboljšanja, potencijal za ovu tehnologiju je ogroman, pružajući održiviji i učinkovitiji izvor energije za budućnost.

Izvor: Hong Kong University of Science and Technology