Sumber: sciencedaily
Seorang penyelidik di Georgia Tech memegang sel solar berasaskan perovskite, yang fleksibel dan lebih ringan daripada versi berasaskan silikon.
Kredit: Rob Felt, Georgia Tech
Ada banyak yang suka tentang sel solar berasaskan perovskite. Mereka adalah mudah dan murah untuk menghasilkan, menawarkan kelenturan yang boleh membuka pelbagai jenis kaedah dan tempat pemasangan yang baru, dan dalam beberapa tahun kebelakangan ini telah mencapai kecekapan tenaga yang menghampiri sel-sel tradisional berasaskan silikon.
Tetapi memikirkan cara menghasilkan peranti tenaga berasaskan perovskite yang bertahan lebih lama daripada beberapa bulan telah menjadi cabaran.
Kini penyelidik dari Institut Teknologi Georgia, University of California San Diego dan Institut Teknologi Massachusetts telah melaporkan penemuan baru mengenai sel solar perovskite yang boleh membawa kepada peranti yang berfungsi lebih baik.
"Sel solar Perovskite menawarkan banyak kelebihan yang berpotensi kerana ia sangat ringan dan boleh dibuat dengan substrat plastik yang fleksibel," kata Juan-Pablo Correa-Baena, pembantu profesor di Georgia Tech School of Materials Science and Engineering. "Untuk dapat bersaing di pasaran dengan sel solar berasaskan silikon, bagaimanapun, mereka perlu lebih cekap."
Dalam satu kajian yang diterbitkan pada 8 Februari di jurnal Sains dan ditaja oleh Jabatan Tenaga Amerika Syarikat dan Yayasan Sains Kebangsaan, para penyelidik menerangkan secara terperinci mekanisme bagaimana menambah alkali logam kepada perovskite tradisional membawa kepada prestasi yang lebih baik.
"Perovskites benar-benar boleh mengubah permainan di suria," kata David Fenning, seorang profesor nanoengineering di University of California San Diego. "Mereka mempunyai potensi untuk mengurangkan kos tanpa melepaskan prestasi, tetapi masih banyak yang perlu dipelajari secara asas mengenai bahan-bahan ini."
Untuk memahami kristal perovskite, sangat berguna untuk memikirkan struktur kristalnya sebagai triad. Salah satu bahagian triad biasanya dibentuk dari unsur utama. Yang kedua biasanya terdiri daripada komponen organik seperti methylammonium, dan yang ketiga sering terdiri daripada halida lain seperti bromin dan iodin.
Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, penyelidik telah menumpukan pada ujian resipi yang berbeza untuk mencapai kecekapan yang lebih baik, seperti menambahkan iodin dan bromin kepada komponen utama struktur. Kemudian, mereka cuba menggantikan cesium dan rubidium ke bahagian perovskite yang biasanya diduduki oleh molekul organik.
"Kami tahu dari kerja awal bahawa menambahkan cesium dan rubidium kepada bromin campuran dan perovskit membawa iodin membawa kepada kestabilan yang lebih baik dan prestasi yang lebih tinggi," kata Correa-Baena.
Tetapi sedikit yang diketahui tentang mengapa menambah logam alkali meningkatkan prestasi perovskite.
Untuk memahami dengan tepat mengapa ia seolah-olah berfungsi, penyelidik menggunakan pemetaan X-ray intensiti tinggi untuk memeriksa perovskit di nanoscale.
"Dengan melihat komposisi dalam bahan perovskite, kita dapat melihat bagaimana setiap elemen individu memainkan peranan dalam meningkatkan prestasi peranti," kata Yanqi (Grace) Luo, seorang pelajar PhD nanoengineering di UC San Diego.
Mereka mendapati bahawa apabila cesium dan rubidium ditambah kepada bromin campuran dan perovskite yodium campuran, ia menyebabkan bromin dan yodium untuk bercampur bersama-sama dengan lebih homogen, sehingga kecekapan penukaran 2 peratus lebih tinggi daripada bahan tanpa aditif ini.
"Kami mendapati bahawa keseragaman dalam kimia dan struktur adalah apa yang membantu sel solar perovskite beroperasi pada potensi sepenuhnya," kata Fenning. "Apa-apa heterogenitas dalam tulang belakang itu seperti pautan lemah dalam rantai."
Walau bagaimanapun, penyelidik juga mendapati bahawa sambil menambah rubidium atau cesium menyebabkan bromin dan yodium menjadi lebih homogen, logam halida sendiri dalam kation mereka sendiri masih agak berkumpul, mewujudkan "mati mati" yang tidak aktif dalam sel solar yang tidak menghasilkan arus.
"Ini mengejutkan," kata Fenning. "Memiliki zon mati ini biasanya akan membunuh sel suria. Dalam bahan lain, mereka bertindak seperti lubang hitam yang menghisap elektron dari rantau lain dan tidak membiarkannya pergi, sehingga anda kehilangan arus dan voltan.
"Tetapi dalam perovskite ini, kita melihat bahawa zon mati di sekitar rubidium dan cesium tidak terlalu memudaratkan prestasi sel solar, walaupun ada kehilangan semasa," kata Fenning. "Ini menunjukkan betapa kuatnya bahan-bahan ini tetapi juga terdapat lebih banyak peluang untuk penambahbaikan."
Penemuan ini menambah kefahaman tentang bagaimana peranti berasaskan perovskite berfungsi di nanoscale dan boleh meletakkan asas untuk penambahbaikan masa depan.
"Bahan-bahan ini menjanjikan untuk menjadi sangat berkesan dan sangat berprestasi tinggi, yang cukup banyak yang kita perlukan untuk memastikan panel fotovoltaik digunakan secara meluas," kata Correa-Baena. "Kami mahu cuba mengimbangi isu-isu perubahan iklim, jadi ideanya adalah untuk mempunyai sel photovoltaic yang semurah mungkin."
