Ten perowskit ma wysoką sprawność i nadaje się do produkcji przemysłowej

Naukowcy z uniwersytetu w Chinach opracowali ogniwo słoneczne na bazie perowskitu. Osiągnęli wysoką sprawność i utrzymują, że ich wynalazek nadaje się do produkcji komercyjnej.

Ogniwa perowskitowe dzięki potencjałowi dużej sprawności od kilku lat są przedmiotem intensywnych badań w kierunku szerszej komercjalizacji. Wśród słabych punktów technologii naukowcy wskazują m.in. niską stabilność oraz obecność ołowiu w perowskitowej warstwie absorbującej promieniowanie słoneczne.

Absorpcja z wykluczeniem ołowiu

Teraz badacze z Nanjing University of Aeronautics and Astronautics w Chinach opracowali w skali laboratoryjnej perowskitowe ogniwo, którego warstwa absorbująca nie zawiera ołowiu. W roli absorbera występuje nieorganiczny materiał perowskitowy CsSnI3, który odznacza się unikalnymi przemianami fazowymi i emisją bliskiej podczerwieni. Związek charakteryzuje się niską energią wiązania ekscytonów (kwazicząstki występujące w materiałach półprzewodnikowych), wysokim współczynnikiem absorbcji i pasmem wzbronionym energii (przerwą energetyczną) na poziomie 1,3 eV.

REKLAMA

Oprócz zastosowania CsSnI3 w roli dobrego absorbera chińscy naukowcy postanowili także wykorzystać podłoże wykonane z tlenku cyny domieszkowanego fluorem (FTO). Było ono już stosowane w projektach innych zespołów przy budowaniu ogniw perowskitowych. Ponadto badacze przeprowadzili symulację warstw transportujących dziury (HTL) i warstw transportujących elektrony (ETL), wykorzystując oprogramowanie do pomiaru pojemności ogniw słonecznych SCAPS-1D. W ramach prac ustalili, że optymalne ogniwo można zbudować z tlenku tytanu w roli ETL oraz tlenku niklu (II) w roli HTL.

Wysoka sprawność

Naukowcy z Chin zajęli się także określeniem optymalnej grubości poszczególnych warstw. Ustalili, że grubość CsSnI3 w przedziale 1200–1300 nm (1 nm = 10^-9 m) jest optymalna (ocenili 1250 mm jako punkt równowagi), a grubość poszczególnych warstw transportujących dziury i elektrony (ETL i HTL) powinna wynosić około 50 nm.

Stwierdzono, że wydajność ogniwa zależy głównie od grubości absorbera, pasma wzbronionego energii materiału perowskitowego oraz gęstości poziomu akceptora.

REKLAMA

Najlepsze działające ogniwo opracowane w ramach badań osiągnęło sprawność 31,09 proc., napięcie obwodu otwartego (Voc) wyniosło 1,084 V, prąd zwarciowy (Isc) równy był 31,17 mA/cm2, a współczynnik wypełnienia (FF) zanotowano na poziomie 88,68 proc.

Do produkcji komercyjnej

Choć wskazane osiągnięcia uzyskane zostały w skali laboratoryjnej, to przedstawiciel chińskiej grupy badawczej w wypowiedzi dla „PV Magazine” stwierdził, że zaprojektowane przez zespół ogniwo nadaje się do produkcji komercyjnej. Podkreślił jednocześnie konieczność kontynuacji intensywnych prac eksperymentalnych.

Wyniki badań zostały opisane w artykule opublikowanym w „Energy Fuels”.

Radosław Błoński

redakcja@gramwzielone.pl

© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.