 |
| Περοβσκίτης εφαρμοσμένος πάνω σε φύλλο γυαλιού |
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης στο Ηνωμένο Βασίλειο κατασκεύασαν ένα λεπτό ηλιακό κύτταρο με απόδοση καλύτερη από 15% από ένα πολλά υποσχόμενο υλικό ημιαγωγών που είναι γνωστό ως περοβσκίτης (perovskites). Οι συσκευές έχουν απλή αρχιτεκτονική και θα μπορούσαν εύκολα να παραχθούν σε μεγάλες ποσότητες, επειδή η εναπόθεση ατμών διαδικασία που χρησιμοποιείται για τη κατασκευή τους είναι συμβατή με τις συμβατικές μεθόδους επεξεργασίας για την κατασκευή τέτοιων ηλιακών κυττάρων.
(Στην ΦΩΤΟ: Ένα φιλμ πάχους 330 nm από οργανομεταλλικά
αλογονίδια περοβσκίτη κατασκευασμένο σε ένα γυάλινο φύλλο
με εναπόθεση ατμών. Αυτό το φιλμ επιδεικνύει εξαιρετική
ομοιομορφία και είναι το ενεργό στοιχείο των νέων ηλιακών
κυττάρων αποδοτικών κατά 15%.)
Ημιαγωγοί οργανομεταλλικών τριαλογονιδίων περοβσκίτη, τα οποία έχουν τύπο (CH 3 ΝΗ 3) PbX 3 με το Χ είναι ιώδιο, βρώμιο ή χλώριο, για πρώτη φορά χρησιμοποιείται ως απορροφητής φωτός συστατικό για τη βαφή - ευαίσθητων ηλιακών κυττάρων το 2009. Σε αυτές τις συσκευές, περοβσκίτης επικάλυψαν την επιφάνεια ενός φιλμ κατασκευασμένο από νανοσωματίδια διοξειδίου του τιτανίου (TiO 2).
Όταν το στρώμα περοβσκίτη απορροφά το φως, παράγονται ηλεκτρόνια και οπές. Οι φορείς φορτίου στη συνέχεια μεταφέρονται σε διαφορετικά υλικά μεταφοράς (TiO 2 για τα ηλεκτρόνια και άλλο υλικό για τις οπές). Τα υλικά της μεταφοράς στη συνέχεια μεταφέρουν το φορτίο σε ξεχωριστά ηλεκτρόδια και παράγεται τάση. Αυτά τα ηλιακά κύτταρα έχουν μικρές αποδόσεις μετατροπής της τάξης του 12-15%, χάρη στη μεγάλη ποσότητα περοβσκίτη μέσα σε ταινία TiO 2.
Απλή δομή
Τώρα, οι δύο ομάδες της Οξφόρδης με επικεφαλής τους Henry Snaith και Michael Johnston ένωσαν τις δυνάμεις τους για να δείχνουν ότι ο περοβσκίτης όχι μόνο απορροφά έντονα το φως, αλλά μεταφέρει και τα ηλεκτρόνια και τις οπές. Αυτή η νέα ανακάλυψη σημαίνει ότι η αρχιτεκτονική της νανοδομής χρησιμοποιηείται στη βαφή-ευαίσθητων ηλιακών κυττάρων δεν είναι πλέον αναγκαία, πράγμα που απλοποιεί τη δομή της συσκευής σε μεγάλο βαθμό. Πράγματι, στη νέα συσκευή, οι απορροφητές φωτός από περοβσκίτη είναι απλά σάντουιτς μεταξύ ηλεκτρονίων και οπών-επιλεκτικών ηλεκτροδίων- διάταξη που είναι, στην πραγματικότητα, η ίδια με εκείνη που χρησιμοποιείται στα συμβατικά επίπεδα ηλιακά κύτταρα.
"Οι συσκευές μας έχουν υψηλής απόδοσης ισχύος 15,4% και με τάση «ανοιχτού κυκλώματος» 1,07 V - όλα σε ένα ηλιακό κύτταρο στο οποίο το στρώμα απορρόφησης από περοβσκίτη είναι μόνο 330 nm πάχους", εξηγεί ο Johnston. "Αυτό σημαίνει ότι χρειαζόμαστε μόνο ένα μικρό ποσό περοβσκίτη για να κάνουμε ένα ηλιακό κύτταρο με καλές ιδιότητες." Σε αντίθεση, οι συμβατικές κυψέλες κρυσταλλικού πυριτίου είναι πολύ παχύτερες (0,15 χιλιοστά) και η τάση που παράγεται από αυτά τα κύτταρα είναι μόνο περίπου 0,7 V σε συνθήκες ανοικτού κυκλώματος.
Photophysics ακόμα ένα μυστήριο
«Λίγα είναι γνωστά για τις φωτοφυσικές ιδιότητες αυτών των υλικών, το οποίο πιστεύω ότι είναι αρκετά συναρπαστικό - και είναι ένας ραγδαία εξελισσόμενος τομέας," λέει ο Johnston. "Το γεγονός ότι μπορούμε να κάνουμε τόσο καλά ηλιακά κύτταρα χρησιμοποιώντας αρχιτεκτονική σε συμβατικό επίπεδο p-i-n δείχνει ότι η επιβάρυνση-μεταφορά μήκη διάχυσης είναι μεγάλη και ότι οι εν λόγω φορείς επιβιώνουν για μεγάλο χρονικό διάστημα στον περοβσκίτη. Ότι μπορούμε να κατασκευάσουμε μια αποτελεσματική συσκευή χωρίς πολύπλοκες δομές -όπως συνέβαινε παλιά με τα ηλιακά κύτταρα που κατασκευάζονταν από αυτό το υλικό- δείχνει επίσης ότι ο περοβσκίτης είναι πολύ καλό τόσο στην απορρόφηση φωτός και τη μεταφορά φωτοπαραγόμενης επιβάρυνσης".
Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι συσκευές που βασίζονται σε περοβσκίτη θα πρέπει να είναι φθηνές να κάνουν με τις διαδικασίες που είναι συμβατές με τα υπάρχοντα ηλιακά κύτταρα παραγωγής. Δεδομένου ότι απορροφούν το φως σε ένα διαφορετικό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος για πυρίτιο, τα δύο υλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν από κοινού σε αποκαλούμενα κύτταρα tandem στην οποία μια συσκευή πυριτίου θα πρέπει να τοποθετηθεί κάτω από ένα περοβσκίτη ένα.
Ο Richard Friend του Πανεπιστημίου του Cambridge, ο οποίος δεν συμμετείχε σε αυτό το έργο, λέει ότι η έρευνα αυτή ξεκίνησε από το αρχικό ενδιαφέρον της ομάδας της Οξφόρδης σε προϊόντα βαφής-ηλιακά ευαίσθητων κυττάρων. Οι συσκευές αυτές θεωρούνται "εξιτονικά (excitonic)" φωτοβολταϊκά που απαιτούν μεγάλο εμβαδόν επιφανείας για το διαχωρισμό φορτίων μεταξύ φορτισμένων ηλεκτρονίων από TiO2 και του προσροφημένου στρώματος βαφής. Λέει ότι η νέα ανακάλυψη της ομάδας είναι «αξιοσημείωτη», διότι αποδεικνύεται ότι οι λειτουργήσει σαν τους κοινούς ημιαγωγούς.
Πηγή, physicsworld.com
Απόδοση, Δ. Γιάκας
Ημιαγωγοί οργανομεταλλικών τριαλογονιδίων περοβσκίτη, τα οποία έχουν τύπο (CH 3 ΝΗ 3) PbX 3 με το Χ είναι ιώδιο, βρώμιο ή χλώριο, για πρώτη φορά χρησιμοποιείται ως απορροφητής φωτός συστατικό για τη βαφή - ευαίσθητων ηλιακών κυττάρων το 2009. Σε αυτές τις συσκευές, περοβσκίτης επικάλυψαν την επιφάνεια ενός φιλμ κατασκευασμένο από νανοσωματίδια διοξειδίου του τιτανίου (TiO 2).
Όταν το στρώμα περοβσκίτη απορροφά το φως, παράγονται ηλεκτρόνια και οπές. Οι φορείς φορτίου στη συνέχεια μεταφέρονται σε διαφορετικά υλικά μεταφοράς (TiO 2 για τα ηλεκτρόνια και άλλο υλικό για τις οπές). Τα υλικά της μεταφοράς στη συνέχεια μεταφέρουν το φορτίο σε ξεχωριστά ηλεκτρόδια και παράγεται τάση. Αυτά τα ηλιακά κύτταρα έχουν μικρές αποδόσεις μετατροπής της τάξης του 12-15%, χάρη στη μεγάλη ποσότητα περοβσκίτη μέσα σε ταινία TiO 2.
Απλή δομή
Τώρα, οι δύο ομάδες της Οξφόρδης με επικεφαλής τους Henry Snaith και Michael Johnston ένωσαν τις δυνάμεις τους για να δείχνουν ότι ο περοβσκίτης όχι μόνο απορροφά έντονα το φως, αλλά μεταφέρει και τα ηλεκτρόνια και τις οπές. Αυτή η νέα ανακάλυψη σημαίνει ότι η αρχιτεκτονική της νανοδομής χρησιμοποιηείται στη βαφή-ευαίσθητων ηλιακών κυττάρων δεν είναι πλέον αναγκαία, πράγμα που απλοποιεί τη δομή της συσκευής σε μεγάλο βαθμό. Πράγματι, στη νέα συσκευή, οι απορροφητές φωτός από περοβσκίτη είναι απλά σάντουιτς μεταξύ ηλεκτρονίων και οπών-επιλεκτικών ηλεκτροδίων- διάταξη που είναι, στην πραγματικότητα, η ίδια με εκείνη που χρησιμοποιείται στα συμβατικά επίπεδα ηλιακά κύτταρα.
"Οι συσκευές μας έχουν υψηλής απόδοσης ισχύος 15,4% και με τάση «ανοιχτού κυκλώματος» 1,07 V - όλα σε ένα ηλιακό κύτταρο στο οποίο το στρώμα απορρόφησης από περοβσκίτη είναι μόνο 330 nm πάχους", εξηγεί ο Johnston. "Αυτό σημαίνει ότι χρειαζόμαστε μόνο ένα μικρό ποσό περοβσκίτη για να κάνουμε ένα ηλιακό κύτταρο με καλές ιδιότητες." Σε αντίθεση, οι συμβατικές κυψέλες κρυσταλλικού πυριτίου είναι πολύ παχύτερες (0,15 χιλιοστά) και η τάση που παράγεται από αυτά τα κύτταρα είναι μόνο περίπου 0,7 V σε συνθήκες ανοικτού κυκλώματος.
Photophysics ακόμα ένα μυστήριο
«Λίγα είναι γνωστά για τις φωτοφυσικές ιδιότητες αυτών των υλικών, το οποίο πιστεύω ότι είναι αρκετά συναρπαστικό - και είναι ένας ραγδαία εξελισσόμενος τομέας," λέει ο Johnston. "Το γεγονός ότι μπορούμε να κάνουμε τόσο καλά ηλιακά κύτταρα χρησιμοποιώντας αρχιτεκτονική σε συμβατικό επίπεδο p-i-n δείχνει ότι η επιβάρυνση-μεταφορά μήκη διάχυσης είναι μεγάλη και ότι οι εν λόγω φορείς επιβιώνουν για μεγάλο χρονικό διάστημα στον περοβσκίτη. Ότι μπορούμε να κατασκευάσουμε μια αποτελεσματική συσκευή χωρίς πολύπλοκες δομές -όπως συνέβαινε παλιά με τα ηλιακά κύτταρα που κατασκευάζονταν από αυτό το υλικό- δείχνει επίσης ότι ο περοβσκίτης είναι πολύ καλό τόσο στην απορρόφηση φωτός και τη μεταφορά φωτοπαραγόμενης επιβάρυνσης".
Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι συσκευές που βασίζονται σε περοβσκίτη θα πρέπει να είναι φθηνές να κάνουν με τις διαδικασίες που είναι συμβατές με τα υπάρχοντα ηλιακά κύτταρα παραγωγής. Δεδομένου ότι απορροφούν το φως σε ένα διαφορετικό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος για πυρίτιο, τα δύο υλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν από κοινού σε αποκαλούμενα κύτταρα tandem στην οποία μια συσκευή πυριτίου θα πρέπει να τοποθετηθεί κάτω από ένα περοβσκίτη ένα.
Ο Richard Friend του Πανεπιστημίου του Cambridge, ο οποίος δεν συμμετείχε σε αυτό το έργο, λέει ότι η έρευνα αυτή ξεκίνησε από το αρχικό ενδιαφέρον της ομάδας της Οξφόρδης σε προϊόντα βαφής-ηλιακά ευαίσθητων κυττάρων. Οι συσκευές αυτές θεωρούνται "εξιτονικά (excitonic)" φωτοβολταϊκά που απαιτούν μεγάλο εμβαδόν επιφανείας για το διαχωρισμό φορτίων μεταξύ φορτισμένων ηλεκτρονίων από TiO2 και του προσροφημένου στρώματος βαφής. Λέει ότι η νέα ανακάλυψη της ομάδας είναι «αξιοσημείωτη», διότι αποδεικνύεται ότι οι λειτουργήσει σαν τους κοινούς ημιαγωγούς.
Πηγή, physicsworld.com
Απόδοση, Δ. Γιάκας
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου