Vědci zabývající se materiály zjišťují, proč perovskitové solární články degradují na slunečním světle
Materiáloví vědci z UCLA Samueli School of Engineering a kolegové z pěti dalších univerzit z celého světa objevili hlavní důvod, proč perovskitové solární články – které jsou velkým příslibem pro zlepšenou účinnost přeměny energie – degradují slunečním světlem, což způsobuje, že jejich výkon časem klesá. Tým úspěšně předvedl jednoduchou výrobní úpravu k odstranění příčiny degradace, čímž odstranil největší překážku na cestě k širokému přijetí technologie tenkovrstvých solárních článků.
Výzkumný dokument podrobně popisující zjištění byl zveřejněn v časopise Nature. Výzkum vede Yang Yang, profesor materiálové vědy a inženýrství z UCLA Samueli a držitel titulu Carol a Lawrence E. Tannas, Jr., Endowed Chair. Spoluprvními autory jsou Shaun Tan a Tianyi Huang. Perovskity jsou skupinou materiálů, které mají stejné atomové uspořádání nebo krystalovou strukturu jako minerální oxid vápenatý a titaničitý. Podskupina perovskitů, halogenidové perovskity, jsou předmětem velkého zájmu výzkumu kvůli jejich slibné aplikaci pro energeticky účinné, tenkovrstvé solární články.
Solární články na bázi perovskitu by mohly být vyráběny za mnohem nižší náklady než jejich protějšky na bázi křemíku, díky čemuž jsou technologie solární energie dostupnější, pokud lze řádně řešit obecně známou degradaci při dlouhém vystavení osvětlení.
"Solární články na bázi perovskitu mají tendenci se na slunečním světle kazit mnohem rychleji než jejich křemíkové protějšky, takže jejich účinnost při přeměně slunečního světla na elektřinu dlouhodobě klesá," řekl Yang, který je také členem California NanoSystems Institute na UCLA. "Náš výzkum však ukazuje, proč k tomu dochází, a poskytuje jednoduchou opravu. To představuje velký průlom v uvádění perovskitové technologie do komercializace a širokého přijetí."
Běžná povrchová úprava používaná k odstranění defektů solárních článků zahrnuje ukládání vrstvy organických iontů, které způsobují, že povrch je příliš záporně nabitý. Tým pod vedením UCLA zjistil, že zatímco je cílem úpravy zlepšit účinnost přeměny energie během výrobního procesu perovskitových solárních článků, také neúmyslně vytváří povrch bohatší na elektrony – potenciální past pro elektrony přenášející energii.
Tento stav destabilizuje uspořádané uspořádání atomů a postupem času jsou perovskitové solární články stále méně účinné, což je nakonec činí neatraktivními pro komercializaci.
Vyzbrojeni tímto novým objevem vědci našli způsob, jak řešit dlouhodobou degradaci buněk spárováním kladně nabitých iontů se záporně nabitými pro povrchové úpravy. Přepínač umožňuje, aby byl povrch elektronově neutrálnější a stabilnější, přičemž zachovává integritu povrchových úprav zabraňujících defektům.
Tým testoval výdrž jejich solárních článků v laboratoři za podmínek zrychleného stárnutí a 24/7 osvětlení navrženého tak, aby napodobovalo sluneční světlo. Články si dokázaly udržet 87 % svého původního výkonu přeměny slunečního světla na elektřinu po dobu více než 2 000 hodin. Pro srovnání, solární články vyrobené bez opravy klesly po testování za stejnou dobu a za stejných podmínek na 65 % svého původního výkonu.
"Naše perovskitové solární články patří k dosud nejstabilnějším z hlediska účinnosti," řekl Tan. "Současně jsme také položili nové základní znalosti, na kterých může komunita dále rozvíjet a zdokonalovat naši všestrannou techniku, abychom navrhli ještě stabilnější perovskitové solární články."
