ΕΓΓΡΑΦΕΙΤΕ ΓΙΑ καθημερινές ενημερώσεις ειδήσεων από την CleanTechnica στο email. Ή ακολουθήστε μας στις Ειδήσεις Google!

Ο κόσμος της ηλιακής ενέργειας είναι έτοιμος για επανάσταση. Οι επιστήμονες αγωνίζονται για την ανάπτυξη ενός νέου τύπου ηλιακών κυψελών χρησιμοποιώντας υλικά που μπορούν να μετατρέψουν την ηλεκτρική ενέργεια πιο αποτελεσματικά από τα σημερινά πάνελ.

Σε νέο χαρτί δημοσιεύθηκε στις 26 Φεβρουαρίου στο περιοδικό Φύση Ενέργεια, ένας ερευνητής του CU Boulder και οι διεθνείς συνεργάτες του αποκάλυψαν μια καινοτόμο μέθοδο για την κατασκευή των νέων ηλιακών κυψελών, γνωστών ως κυψελών περοβσκίτη, ένα επίτευγμα κρίσιμο για την εμπορευματοποίηση αυτού που πολλοί θεωρούν την επόμενη γενιά ηλιακής τεχνολογίας.

Σήμερα, σχεδόν όλα τα ηλιακά πάνελ είναι κατασκευασμένα από πυρίτιο, το οποίο διαθέτει απόδοση 22%. Αυτό σημαίνει ότι τα πάνελ πυριτίου μπορούν να μετατρέψουν μόνο περίπου το ένα πέμπτο της ενέργειας του ήλιου σε ηλεκτρική ενέργεια, επειδή το υλικό απορροφά μόνο ένα περιορισμένο ποσοστό των μηκών κύματος του ηλιακού φωτός. Η παραγωγή πυριτίου είναι επίσης δαπανηρή και ενεργοβόρα.

Εισάγετε περοβσκίτη. Το συνθετικό ημιαγώγιμο υλικό έχει τη δυνατότητα να μετατρέψει σημαντικά περισσότερη ηλιακή ενέργεια από το πυρίτιο με χαμηλότερο κόστος παραγωγής.

«Οι Perovskites μπορεί να αλλάξουν το παιχνίδι», είπε ο Michael McGehee, καθηγητής στο Τμήμα Χημικής και Βιολογικής Μηχανικής και συνεργάτης του Ινστιτούτου Ανανεώσιμων Πηγών & Αειφόρου Ενέργειας του CU Boulder.

Οι επιστήμονες δοκίμασαν ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη στοιβάζοντάς τα πάνω από παραδοσιακές κυψέλες πυριτίου για να δημιουργήσουν διαδοχικά κύτταρα. Η επίστρωση των δύο υλικών, που το καθένα απορροφά διαφορετικό μέρος του ηλιακού φάσματος, μπορεί ενδεχομένως να αυξήσει την απόδοση των πάνελ πάνω από 50%.

«Βλέπουμε ακόμα ταχεία ηλεκτροδότηση, με περισσότερα αυτοκίνητα να μένουν εκτός ρεύματος. Ελπίζουμε να αποσύρουμε περισσότερα εργοστάσια άνθρακα και τελικά να απαλλαγούμε από τα εργοστάσια φυσικού αερίου», δήλωσε ο McGehee. «Εάν πιστεύετε ότι θα έχουμε ένα πλήρως ανανεώσιμο μέλλον, τότε σχεδιάζετε οι αγορές αιολικής και ηλιακής ενέργειας να επεκταθούν τουλάχιστον κατά πέντε έως δέκα φορές από εκεί που είναι σήμερα».

Για να φτάσει εκεί, είπε, η βιομηχανία πρέπει να βελτιώσει την απόδοση των ηλιακών κυψελών.

Αλλά μια σημαντική πρόκληση για την κατασκευή τους από περοβσκίτη σε εμπορική κλίμακα είναι η διαδικασία επίστρωσης του ημιαγωγού πάνω στις γυάλινες πλάκες που είναι τα δομικά στοιχεία των πάνελ. Επί του παρόντος, η διαδικασία επίστρωσης πρέπει να λάβει χώρα σε ένα μικρό κουτί γεμάτο με μη αντιδραστικό αέριο, όπως άζωτο, για να αποτραπεί η αντίδραση των περοβσκιτών με το οξυγόνο, γεγονός που μειώνει την απόδοσή τους.

«Αυτό είναι καλό στο ερευνητικό στάδιο. Αλλά όταν ξεκινάτε να επικαλύπτετε μεγάλα κομμάτια γυαλιού, γίνεται όλο και πιο δύσκολο να το κάνετε αυτό σε ένα κουτί γεμάτο άζωτο», είπε ο McGehee.

Ο McGehee και οι συνεργάτες του ξεκίνησαν να βρουν έναν τρόπο να αποτρέψουν αυτή την καταστροφική αντίδραση με τον αέρα. Βρήκαν ότι η προσθήκη μυρμηκικού διμεθυλαμμωνίου, ή DMAFo, στο διάλυμα περοβσκίτη πριν από την επικάλυψη θα μπορούσε να αποτρέψει την οξείδωση των υλικών. Αυτή η ανακάλυψη επιτρέπει την επίστρωση να πραγματοποιείται έξω από το μικρό κουτί, στον αέρα του περιβάλλοντος. Τα πειράματα έδειξαν ότι οι κυψέλες περοβσκίτη που κατασκευάζονται με το πρόσθετο DMAFo μπορούν να επιτύχουν απόδοση σχεδόν 25% από μόνα τους, συγκρίσιμη με το τρέχον ρεκόρ απόδοσης για κύτταρα περοβσκίτη 26%.

Το πρόσθετο βελτίωσε επίσης τη σταθερότητα των κυττάρων.

Τα εμπορικά πάνελ πυριτίου μπορούν συνήθως να διατηρήσουν τουλάχιστον το 80% της απόδοσής τους μετά από 25 χρόνια, χάνοντας περίπου το 1% της απόδοσης ετησίως. Τα κύτταρα περοβσκίτη, ωστόσο, είναι πιο αντιδραστικά και αποικοδομούνται πιο γρήγορα στον αέρα. Η νέα μελέτη έδειξε ότι το κύτταρο περοβσκίτη που κατασκευάστηκε με DMAFo διατήρησε το 90% της αποτελεσματικότητάς του αφού οι ερευνητές το εξέθεσαν σε φως LED που μιμείται το φως του ήλιου για 700 ώρες. Αντίθετα, τα κύτταρα που δημιουργήθηκαν στον αέρα χωρίς DMAFo αποικοδομήθηκαν γρήγορα μετά από μόλις 300 ώρες.

Αν και αυτό είναι ένα πολύ ενθαρρυντικό αποτέλεσμα, υπάρχουν 8,000 ώρες σε ένα χρόνο, σημείωσε. Χρειάζονται λοιπόν μεγαλύτερες δοκιμές για να προσδιοριστεί πώς αυτά τα κύτταρα αντέχουν τις υπερωρίες.

«Είναι πολύ νωρίς για να πούμε ότι είναι τόσο σταθερά όσο τα πάνελ πυριτίου, αλλά είμαστε σε καλή τροχιά προς αυτό», είπε ο McGehee.

Η μελέτη φέρνει τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη ένα βήμα πιο κοντά στην εμπορευματοποίηση. Ταυτόχρονα, η ομάδα του McGehee αναπτύσσει ενεργά tandem κύτταρα με πραγματική απόδοση πάνω από 30% που έχουν την ίδια λειτουργική διάρκεια ζωής με τα πάνελ πυριτίου.

Ο McGehee ηγείται μιας ακαδημαϊκής-βιομηχανικής συνεργασίας των ΗΠΑ που ονομάζεται Tandems for Efficient and Advanced Modules χρησιμοποιώντας Ultrastable Perovskites (TEAMUP). Μαζί με ερευνητές από άλλα τρία πανεπιστήμια, δύο εταιρείες και ένα εθνικό εργαστήριο, η κοινοπραξία έλαβε χρηματοδότηση 9 εκατομμυρίων δολαρίων από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ πέρυσι για την ανάπτυξη σταθερών tandem perovskites που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον πραγματικό κόσμο και είναι εμπορικά βιώσιμα. Ο στόχος είναι να δημιουργηθεί ένα συνδυασμό πιο αποτελεσματικό από τα συμβατικά πάνελ πυριτίου και εξίσου σταθερό σε μια περίοδο 25 ετών.

Με υψηλότερη απόδοση και δυνητικά χαμηλότερες τιμές, αυτά τα διαδοχικά κύτταρα θα μπορούσαν να έχουν ευρύτερες εφαρμογές από τα υπάρχοντα πάνελ πυριτίου, συμπεριλαμβανομένης της πιθανής εγκατάστασης στις οροφές ηλεκτρικών οχημάτων. Θα μπορούσαν να προσθέσουν 15 έως 25 μίλια αυτονομίας την ημέρα σε ένα αυτοκίνητο που έμεινε έξω στον ήλιο, αρκετά για να καλύψουν τις καθημερινές μετακινήσεις πολλών ανθρώπων. Τα drones και τα ιστιοπλοϊκά θα μπορούσαν επίσης να τροφοδοτούνται από τέτοια πάνελ.

Μετά από μια δεκαετία έρευνας στους περοβσκίτες, οι μηχανικοί κατασκεύασαν κύτταρα περοβσκίτη που είναι εξίσου αποτελεσματικά με τα κύτταρα πυριτίου, τα οποία εφευρέθηκαν πριν από 70 χρόνια, είπε ο McGehee. «Φέρνουμε περοβσκίτες στη γραμμή του τερματισμού. Εάν τα tandem λειτουργούν καλά, σίγουρα έχουν τη δυνατότητα να κυριαρχήσουν στην αγορά και να γίνουν η επόμενη γενιά ηλιακών κυψελών», είπε.

Ευγενική προσφορά του Yvaine Ye & Πανεπιστήμιο του Κολοράντο.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://cleantechnica.com/2024/03/23/researchers-take-major-step-toward-developing-next-generation-solar-cells/