Ten jeden dodatek wydłuży żywotność ogniw perowskitowych. Rewolucja na horyzoncie

Koreańscy naukowcy użyli nowy dodatek do ogniw perowskitowych, tym samym poprawiając ich żywotność i wydajność. To ulepszenie obiecuje tańsze i bardziej zrównoważone rozwiązania energetyczne.
Panele słoneczne – zdjęcie poglądowe /Fot. Unsplash

Panele słoneczne – zdjęcie poglądowe /Fot. Unsplash

Wraz z rozszerzaniem się stosowania paneli słonecznych zarówno na rozległych obszarach wiejskich, jak i w zabudowach miejskich, naukowcy pracują nad stałym ulepszaniem istniejących technologii fotowoltaicznych i osiągnięciem nowych szczytów w zakresie zrównoważonego rozwoju.

Czytaj też: Tak sprawnych ogniw perowskitowych jeszcze nie było – a to nie koniec

Ogniwa perowskitowe są bez wątpienia jednymi z najbardziej obiecujących ze względu na ich potencjał do niskich kosztów produkcji i wysokiej wydajności energetycznej. Szczególnie interesujące są perowskity z halogenkiem cyny (Sn-HP), które są potężną alternatywą dla perowskitów ołowiowych (Pb). Biorąc pod uwagę, że cyna jest znacznie mniej toksyczna dla środowiska niż ołów, inwestowanie w panele Sn-HP jest dobrym rozwiązaniem.

Takich ogniw perowskitowych jeszcze nie było

Niestety, perowskitowe ogniwa fotowoltaiczne (PSC) wykonane z Sn-HP nie są idealne. Szybka i nieuporządkowana krystalizacja podczas produkcji prowadzi do powstawania defektów w strukturze krystalicznej warstwy perowskitu, co utrudnia wydajność konwersji. Co więcej, ogniwa Sn-HP cechuje niska stabilność i wysoka wrażliwość na wilgoć oraz warunki otoczenia.

Czytaj też: Będą kolejne farmy fotowoltaiczne. W Polsce zapadła ważna decyzja

Teraz uczeni z Chung-Ang University znaleźli eleganckie i wydajne rozwiązanie tych problemów. Wprowadzenie 4-fenylotiosemikarbazydu (4PTSC) jako dodatku podczas produkcji ogniw Sn-HP może zwiększyć wydajność ogniw PSC, co opisano w pracy opublikowanej w czasopiśmie Advanced Energy Materials.

Prof. Dong-Won Kang z Chung-Ang University, który kierował badaniami, mówi:

Celowo wybraliśmy wielofunkcyjną cząsteczkę, która działa jako kompleks koordynacyjny i środek redukujący, pasywuje powstawanie defektów i poprawia stabilność.

Ponieważ 4PTSC działa jako koordynujący ligand, może skutecznie regulować proces wzrostu kryształu, minimalizując powstawanie defektów. Co więcej, 4PTSC zbija również wszelkie defekty, które powstają poprzez chemiczną koordynację 4PTSC i SnI2. To z kolei chroni powierzchnię perowskitu i zapobiega uczestnictwu nieskoordynowanych jonów Sn2+ i halogenkowych w niepożądanych reakcjach. Co więcej, miejsca nukleofilowe -NH2 w 4PTSC dodatkowo utrudniają utlenianie SnI2 i migrację jonów, co poprawia stabilność całego ogniwa.

Zastosowanie 4PTSC jako wielofunkcyjnego dodatku znacznie poprawia wzrost kryształów w perowskitach halogenkowo-cynowych, zmniejszając liczbę defektów, które zazwyczaj utrudniają wydajność /Fot. University of Oxford Press Office

Prof. Dong-Won Kang dodaje:

Urządzenia zmodyfikowane 4PTSC osiągnęły szczytową wydajność 12,22 proc. przy zwiększonym napięciu obwodu otwartego 0,94 V i wykazały lepszą długoterminową stabilność, zachowując prawie 100 proc. początkowej wydajności konwersji mocy, nawet po 500 godzinach i około 80 proc. po 1200 godzinach w warunkach otoczenia bez żadnej enkapsulacji. Różni się to od wyraźnej degradacji obserwowanej w urządzeniach sterujących w ciągu pierwszych 300 godzin.

Ponieważ Sn-HP są dość niedrogie w produkcji i wykazują dobrą wydajność oraz dużą trwałość, wkrótce możemy być świadkami narodzin zupełnie nowych paneli słonecznych. To z kolei może pomóc jeszcze bardziej rozpowszechnić technologię, której tak bardzo potrzebujemy.

Marcin PowęskaM
Napisane przez

Marcin Powęska

Biolog, dziennikarz popularnonaukowy, redaktor naukowy Międzynarodowego Centrum Badań Oka (ICTER). Autor blisko 10 000 tekstów popularnonaukowych w portalu Interia, ponad 50 publikacji w papierowych wydaniach magazynów "Focus", "Wiedza i Życie" i "Świat Wiedzy". Obecnie pisze także na łamach OKO.press.