(Nanowerk NieuwsWetenschappers van de Nationale Universiteit van Singapore (NUS) hebben een nieuwe perovskiet/Si-tandemzonnecel met drievoudige junctie ontwikkeld die een gecertificeerd wereldrecord aan energieconversie-efficiëntie van 27.1 procent kan behalen over een zonne-energieabsorptiegebied van 1 vierkante cm. Dit is de best presterende perovskiet/Si-tandemzonnecel met drie juncties tot nu toe. Om dit te bereiken heeft het team een nieuwe cyanaat-geïntegreerde oplossing ontwikkeld perovskiet zonnecel die stabiel en energiezuinig is. Zonnecellen kunnen in meer dan twee lagen worden vervaardigd en worden geassembleerd om zonnecellen met meerdere juncties te vormen om de efficiëntie te verhogen. Elke laag is gemaakt van verschillende fotovoltaïsche materialen en absorbeert zonne-energie binnen een ander bereik. De huidige multi-junction zonneceltechnologieën brengen echter veel problemen met zich mee, zoals energieverlies dat leidt tot lage spanning en instabiliteit van het apparaat tijdens bedrijf. Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, leidde assistent-professor Hou Yi een team van wetenschappers van het NUS College of Design and Engineering (CDE) en het Solar Energy Research Institute of Singapore (SERIS) om voor het eerst de succesvolle integratie van cyanaat in een perovskiet aan te tonen. zonnecel om een baanbrekende perovskiet/Si-tandemzonnecel met drie juncties te ontwikkelen die de prestaties van andere vergelijkbare zonnecellen met meerdere juncties overtreft. Asst Prof Hou is een presidentiële jonge professor bij de afdeling Chemische en Biomoleculaire Technologie onder CDE en groepsleider bij SERIS, een onderzoeksinstituut op universitair niveau in NUS. “Opmerkelijk genoeg vormt dit werk, na 15 jaar lopend onderzoek op het gebied van op perovskiet gebaseerde zonnecellen, het eerste experimentele bewijs voor de opname van cyanaat in perovskieten om de stabiliteit van de structuur ervan te vergroten en de efficiëntie van de energieconversie te verbeteren”, aldus assistent-professor. Hou. Het experimentele proces dat tot deze baanbrekende ontdekking leidde, werd gepubliceerd in NATUUR (“Triple-junction zonnecellen met cyanaat in perovskieten met ultrabrede bandafstand”).
NUS-onderzoekers hebben met succes een nieuw anion, cyanaat, geïntegreerd in een perovskietstructuur, wat een belangrijke doorbraak was bij het vervaardigen van nieuwe perovskiet/Si-tandemzonnecellen met drievoudige junctie. (Afbeelding: NUS)
Het vervaardigen van energiezuinige zonneceltechnologie
De interacties tussen de componenten van de perovskietstructuur bepalen het energiebereik dat deze kan bereiken. Door de verhouding van deze componenten aan te passen of een directe vervanger te vinden, kan het energiebereik van de perovskiet worden gewijzigd. Eerder onderzoek heeft echter nog geen perovskietrecept opgeleverd met een ultrabreed energiebereik en hoge efficiëntie. In dit onlangs gepubliceerde werk experimenteerde het NUS-team met cyanaat, een nieuw pseudohalide, als vervanging voor bromide – een ion uit de halogenidegroep dat vaak wordt gebruikt in perovskieten. Dr. Liu Shunchang, Research Fellow in het team van Asst Prof Hou, gebruikte verschillende analytische methoden om de succesvolle integratie van cyanaat in de perovskietstructuur te bevestigen, en vervaardigde een cyanaat-geïntegreerde perovskiet-zonnecel. Verdere analyse van de atomaire structuur van het nieuwe perovskiet leverde – voor het eerst – experimenteel bewijs op dat het opnemen van cyanaat hielp de structuur ervan te stabiliseren en belangrijke interacties binnen de perovskiet te vormen, wat aantoont hoe het een levensvatbaar alternatief is voor halogeniden in op perovskiet gebaseerde zonnecellen. Bij het beoordelen van de prestaties ontdekten de NUS-wetenschappers dat perovskietzonnecellen waarin cyanaat is verwerkt een hogere spanning van 1.422 volt kunnen bereiken vergeleken met 1.357 volt voor conventionele perovskietzonnecellen, met een aanzienlijke vermindering van het energieverlies. De onderzoekers testten de nieuw ontworpen perovskiet-zonnecel ook door deze gedurende 300 uur onder gecontroleerde omstandigheden continu op maximaal vermogen te laten werken. Na de testperiode bleef de zonnecel stabiel en functioneerde boven de 96 procent capaciteit. Aangemoedigd door de indrukwekkende prestaties van de cyanaat-geïntegreerde perovskietzonnecellen, zette het NUS-team hun baanbrekende ontdekking naar de volgende stap door deze te gebruiken voor de assemblage van een perovskiet/Si-tandemzonnecel met drie juncties. De onderzoekers stapelden een perovskiet-zonnecel en een silicium-zonnecel op elkaar om een halfcel met dubbele junctie te creëren, die een ideale basis vormde voor de bevestiging van de in cyanaat geïntegreerde perovskiet-zonnecel. Eenmaal geassembleerd toonden de onderzoekers aan dat ondanks de complexiteit van de perovskiet/Si-tandemzonnecelstructuur met drie juncties, deze stabiel bleef en een gecertificeerde wereldrecordefficiëntie van 27.1 procent bereikte, afkomstig van een geaccrediteerd onafhankelijk fotovoltaïsch kalibratielaboratorium. “Gezamenlijk bieden deze ontwikkelingen baanbrekende inzichten in het beperken van energieverlies in perovskiet-zonnecellen en zetten ze een nieuwe koers uit voor de verdere ontwikkeling van op perovskiet gebaseerde triple-junction-zonnetechnologie”, aldus assistent-prof Hou.Volgende stappen
De theoretische efficiëntie van perovskiet/Si-tandemzonnecellen met drievoudige junctie bedraagt meer dan 50 procent, wat een aanzienlijk potentieel biedt voor verdere verbeteringen, vooral in toepassingen waar de installatieruimte beperkt is. In de toekomst wil het NUS-team deze technologie opschalen naar grotere modules zonder de efficiëntie en stabiliteit in gevaar te brengen. Toekomstig onderzoek zal zich richten op innovaties op de grensvlakken en samenstelling van perovskiet – dit zijn belangrijke gebieden die door het team zijn geïdentificeerd om deze technologie verder te bevorderen.- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64792.php
