Anmäl dig för dagliga nyhetsuppdateringar från CleanTechnica på e-post. Eller följ oss på Google Nyheter!

Solenergivärlden är redo för en revolution. Forskare tävlar om att utveckla en ny typ av solceller med material som kan omvandla elektricitet mer effektivt än dagens paneler.

I en nytt papper publicerad 26 februari i tidskriften Nature Energi, en CU Boulder-forskare och hans internationella samarbetspartners avslöjade en innovativ metod för att tillverka de nya solcellerna, kända som perovskitceller, en prestation som är avgörande för kommersialiseringen av vad många anser vara nästa generation av solteknik.

Idag är nästan alla solpaneler gjorda av kisel, som har en verkningsgrad på 22 %. Det betyder att kiselpaneler bara kan omvandla ungefär en femtedel av solens energi till elektricitet, eftersom materialet endast absorberar en begränsad del av solljusets våglängder. Att producera kisel är också dyrt och energikrävande.

Ange perovskite. Det syntetiska halvledande materialet har potential att omvandla avsevärt mer solenergi än kisel till en lägre produktionskostnad.

"Perovskites kan vara en game changer", säger Michael McGehee, professor vid avdelningen för kemi- och biologisk teknik och fellow vid CU Boulders Renewable & Sustainable Energy Institute.

Forskare har testat perovskitsolceller genom att stapla dem ovanpå traditionella kiselceller för att göra tandemceller. Att skikta de två materialen, som var och en absorberar olika delar av solens spektrum, kan potentiellt öka panelernas effektivitet med över 50 %.

"Vi ser fortfarande en snabb elektrifiering, med fler bilar som kör på el. Vi hoppas kunna avveckla fler kolanläggningar och så småningom bli av med naturgasanläggningar, säger McGehee. "Om du tror att vi kommer att ha en helt förnybar framtid, så planerar du att vind- och solenergimarknaderna ska expandera med minst fem till tio gånger från där den är idag."

För att nå dit, sa han, måste industrin förbättra effektiviteten hos solceller.

Men en stor utmaning för att göra dem från perovskit i kommersiell skala är processen att belägga halvledaren på glasplattorna som är byggstenarna i paneler. För närvarande måste beläggningsprocessen ske i en liten låda fylld med icke-reaktiv gas, såsom kväve, för att förhindra att perovskiterna reagerar med syre, vilket minskar deras prestanda.

"Det här är bra på forskningsstadiet. Men när du börjar belägga stora glasbitar blir det svårare och svårare att göra detta i en kvävefylld låda, säger McGehee.

McGehee och hans medarbetare ger sig iväg för att hitta ett sätt att förhindra den skadliga reaktionen med luften. De fann att tillsats av dimetylammoniumformiat, eller DMAFo, till perovskitlösningen före beläggning kunde förhindra att materialen oxiderar. Denna upptäckt gör att beläggning kan ske utanför den lilla lådan, i omgivande luft. Experiment visade att perovskitceller tillverkade med DMAFo-tillsatsen kan uppnå en effektivitet på nästan 25 % på egen hand, jämförbart med det nuvarande effektivitetsrekordet för perovskitceller på 26 %.

Tillsatsen förbättrade också cellernas stabilitet.

Kommersiella kiselpaneler kan normalt bibehålla minst 80 % av sin prestanda efter 25 år, vilket förlorar cirka 1 % i effektivitet per år. Perovskitceller är dock mer reaktiva och bryts ned snabbare i luften. Den nya studien visade att perovskitcellen gjord med DMAFo behöll 90 % av sin effektivitet efter att forskarna exponerade dem för LED-ljus som efterliknade solljus i 700 timmar. Däremot bröts celler gjorda i luften utan DMAFo ned snabbt efter bara 300 timmar.

Även om detta är ett mycket uppmuntrande resultat, finns det 8,000 XNUMX timmar på ett år, noterade han. Så det behövs längre tester för att avgöra hur dessa celler håller upp övertid.

"Det är för tidigt att säga att de är lika stabila som kiselpaneler, men vi är på en bra väg mot det," sa McGehee.

Studien tar perovskitsolceller ett steg närmare kommersialisering. Samtidigt utvecklar McGehees team aktivt tandemceller med en verklig verkningsgrad på över 30 % som har samma livslängd som silikonpaneler.

McGehee leder ett partnerskap mellan amerikansk akademi och industri som kallas Tandems for Efficient and Advanced Modules using Ultrastable Perovskites (TEAMUP). Tillsammans med forskare från tre andra universitet, två företag och ett nationellt laboratorium fick konsortiet 9 miljoner dollar från US Department of Energy förra året för att utveckla stabila tandem-perovskiter som är möjliga att använda i den verkliga världen och är kommersiellt gångbara. Målet är att skapa tandem som är effektivare än konventionella silikonpaneler och lika stabila under en 25-årsperiod.

Med högre effektivitet och potentiellt lägre prislappar kan dessa tandemceller ha bredare tillämpningar än befintliga silikonpaneler, inklusive potentiell installation på taket av elfordon. De kunde lägga till 15 till 25 miles räckvidd per dag till en bil som lämnats ute i solen, tillräckligt för att täcka många människors dagliga pendlingar. Drönare och segelbåtar skulle också kunna drivas av sådana paneler.

Efter ett decennium av forskning inom perovskiter har ingenjörer byggt perovskitceller som är lika effektiva som kiselceller, som uppfanns för 70 år sedan, sa McGehee. "Vi tar perovskites till mållinjen. Om tandem fungerar bra har de säkerligen potentialen att dominera marknaden och bli nästa generation av solceller”, sa han.

Med tillstånd av Yvaine Ye & University of Colorado.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://cleantechnica.com/2024/03/23/researchers-take-major-step-toward-developing-next-generation-solar-cells/