Yeni perovskite güneş pilleri: kararlı, verimli, ucuz ve üretimi kolay!
Kılavuz
Son zamanlarda, Japonya'daki Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'ndeki (OIST) araştırmacılar, kararlı, verimli ve nispeten ucuz bir perovskit malzemesi kullanarak yeni bir güneş pili türü geliştirdiler.
arka fon
Güneş enerjisi, temsili yeni enerji kaynaklarından biridir. Avantajları şunları içerir: temiz, yenilenebilir, kirlilik içermez, elde edilmesi kolay vb. Güneş ışığının enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürmek için genellikle bir cihaz kullanırız: güneş pilleri. Günümüzde güneş pilleri pencereler, duvarlar, arabalar, akıllı telefonlar, tablet bilgisayarlar ve diğer eşyalar gibi çevremizdeki her yerde görülebilmektedir.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Şimdiye kadar çoğu güneş hücresi silikondan yapıldı çünkü bu malzeme ışığı absorbe etmede çok iyi. Ancak silikon panellerin imalat maliyeti çok pahalıdır.
Bilim adamları, perovskitten oluşan yapıyı inceliyorlar ve bu da onu silikonun yerini alıyor. Gerçek perovskit, yeryüzünde bulunan bir mineraldir.Kalsiyum, titanyum ve oksijen moleküllerinin özel dizilişiyle oluşur. Aynı kristal yapıya sahip malzemelere perovskit yapılar denir.
Eş-arris ve eş düzlemle bağlanan yapı ile karşılaştırıldığında, perovskit yapısı daha kararlıdır, bu da kusurların yayılmasına ve göçüne daha elverişlidir. Bu nedenle, perovskitin elektrokataliz, ışık emilimi vb. Gibi birçok mükemmel fiziksel ve kimyasal özelliği vardır.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Perovskit yapısı, güneş pillerinin ışığı emmesi için aktif bir katman olarak çok uygundur, çünkü ışığı silikondan daha verimli bir şekilde emer ve daha ucuzdur. Perovskit yapının güneş piline entegre edilmesi nispeten basit ekipman gerektirir. Örneğin, bir çözücü içinde çözülebilirler ve doğrudan substrata püskürtülebilirler.
Perovskit yapılardan oluşan malzemelerin güneş pili ekipmanına bir devrim getirmesi beklenir, ancak ciddi bir dezavantajı vardır: genellikle çok kararsızdırlar ve yüksek sıcaklık koşullarında performansları düşecektir. Bu, ticari kullanımlarını ciddi şekilde engeller.
Yenilikçilik
Profesör Yabing Qi liderliğindeki Okinawa Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (OIST) Enerji Malzemeleri ve Yüzey Bilimi Birimi'ndeki araştırmacılar, güneş pillerini geliştirmek için kararlı, verimli ve nispeten ucuz bir perovskit malzemesi kullandılar ve ayrıca bu kalsiyumu kullandılar. Güneş pillerinde titanyum cevheri malzemelerinin gelecekteki uygulaması yolu açmıştır.
Araştırma makaleleri yakın zamanda "Advanced Energy Materials" dergisinde yayınlandı. Doktora sonrası akademisyenler Dr. Jia Liang ve Dr. Zonghao Liu bu araştırmaya önemli katkılarda bulundu.
(Resim kaynağı: OIST)
teknoloji
Bu malzemenin birkaç temel özelliği vardır. Her şeyden önce, tamamen inorganiktir (önemli bir değişiklik), çünkü organik bileşenler genellikle ısıya dayanıklı değildir ve yüksek sıcaklık koşullarında performans düşecektir. Güneş pilleri güneş ışığı altında aşırı ısındığından, termal stabilite çok önemlidir. Organik bileşenleri inorganik malzemelerle değiştirerek, perovskit güneş pilleri daha kararlı hale gelecektir.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, bu tamamen inorganik perovskit güneş pili birkaç katmana sahiptir. Alt katman yalnızca birkaç milimetre kalınlığında camdır, ikinci katman şeffaf bir iletken malzeme FTO'dur, sonraki katman titanyum dioksitten oluşan elektronik olarak aktif bir katmandır, dördüncü katman ışığa duyarlı perovskittir ve üst katman karbondur.
(Resim kaynağı: OIST)
Aşağıdaki görüntü, farklı katmanları gösteren bir perovskit güneş hücresinin elektron mikroskobu görüntüsüdür.
(Resim kaynağı: OIST)
Makalenin yazarlarından Dr. Zonghao Liu, "Güneş pili, 300 saat boyunca ışığa maruz kaldıktan sonra neredeyse hiç değişmedi" dedi.
Bununla birlikte, tüm inorganik perovskit güneş pilleri, organik-inorganik karışımlardan daha düşük bir ışık soğurma oranına sahiptir. İkinci özellik de bundan geliyor: OIST araştırmacıları, performansını artırmak için yeni bataryaya manganez kattı. Manganez, malzemenin kristal yapısını değiştirir ve ışık emme kapasitesini artırır. Liu, "Tıpkı tadı değiştirmek için bir tabağa tuz koyduğunuz gibi, manganez eklediğimizde güneş pillerinin özelliklerini değiştiriyor." Dedi.
Üçüncüsü, bu güneş pillerinde, güneş pilleri arasında akım aktaran elektrotlar ve dış teller, yaygın olarak kullanılan altın yerine karbondan yapılmıştır. Bu elektrotlar özellikle ucuzdur ve kısmen doğrudan güneş pillerine basılabildikleri için imalatı kolaydır. Altın elektrot üretimi ise yüksek sıcaklık koşulları ve vakum odaları gibi özel ekipmanlar gerektirir.
değer
(Resim kaynağı: OIST)
Özetle, bu araştırmada geliştirilen perovskit güneş pilinin birçok avantajı vardır: iyi termal kararlılık, yüksek ışık emme oranı, basit üretim süreci ve düşük maliyet. Bu nedenle, bu araştırma gelecekte perovskit güneş pillerinin büyük ölçekli ticari kullanımının da temelini attı.
gelecek
Silikon güneş pilleri gibi ticari bir ürün haline gelmeden önce, perovskite güneş pillerinin hala üstesinden gelmesi gereken bir dizi zorluk vardır. Örneğin, perovskite güneş pilleri bir ila iki yıl çalışabilirken, silikon güneş pilleri yirmi yıla kadar çalışabilir.
Bu yeni pillerin verimliliğini ve dayanıklılığını artırmak için, Qi ve meslektaşları çok çalışıyor ve ticari ürünler üretmek için süreçler geliştiriyorlar. 2009 yılında ilk güneş pilinin geliştirildiği bildirildi. O zamandan beri, bu teknoloji hızla ilerledi ve bu yeni pillerin beklentileri parlak görünüyor.
Anahtar kelime
Perovskite, piller, güneş enerjisi, malzemeler
Referans
[1] https://www.oist.jp/news-center/news/2018/4/27/bright-future-solar-cell-technology
2 Jia Liang, Zonghao Liu, Longbin Qiu, Zafer Hawash, Lingqiang Meng, Zhifang Wu, Yan Jiang, Luis K. Ono, Yabing Qi. Karbon Elektrotları ile Yüksek Kararlı Tüm İnorganik Perovskit Güneş Pilleri için Mn İkamesi ile Sezyum Kurşun Halidin Optik, Elektronik, Kristalin ve Morfolojik Özelliklerinin Geliştirilmesi . Advanced Energy Materials, 2018; 1800504 DOI: 10.1002 / aenm.201800504
