Na Univerzitetu u Mičigenu ostvaren je značajan napredak koji bi mogao dovesti do velikog smanjenja troškova solarnih ćelija, čineći ih dva do četiri puta jeftinijim u odnosu na trenutne tanke filmove solarnih panela. Ovo otkriće se odnosi na perovskitne solarne ćelije, koje su poznate po svojoj potencijalnoj ekonomičnosti i ekološkoj prihvatljivosti, ali su do sada bile ograničene brzim degradiranjem u poređenju sa silicijumskim solarnim ćelijama.
Perovskitne solarne ćelije (Foto: Zhengtao Hu, Gong Lab, Univerzitet u Mičigenu)
Perovskitne solarne ćelije, koje je razvila grupa koju predvodi Xiwen Gong, asistent profesora hemijskog inženjerstva na Univerzitetu u Mičigenu, mogu se kombinovati sa silicijumskim poluprovodnicima, koji su trenutno dominantni u solarnim panelima, stvarajući tako tandem solarne ćelije. Ove tandem ćelije bi mogle prevazići maksimalnu teorijsku efikasnost silicijumskih solarnih ćelija.
Iako silicijumske solarne ćelije imaju visoku efikasnost i dugotrajnost, njihova proizvodnja zahteva visoke temperature preko 1.000 stepeni Celzijusa, što dovodi do većih ekonomskih i ekoloških troškova. S druge strane, perovskitne ćelije se mogu proizvesti na znatno nižim temperaturama, ali su podložne bržem degradiranju kada su izložene toploti, vlažnosti i vazduhu, što ograničava njihovu komercijalnu konkurentnost.
Oglas
Istraživanje koje je Gong sproveo sa kolegama pokazuje da su molekuli koji "umiruju defekte" najefikasniji u povećanju stabilnosti i dugovečnosti perovskitnih ćelija. Ovi molekuli sprečavaju rast defekata na mestima prekida kristalne rešetke perovskita, poznatih kao granice zrna, čime se povećava ukupna veličina zrna tokom proizvodnog procesa.
Veća zrna perovskita rezultiraju manjom gustinom granica zrna kroz film, smanjujući broj mesta gde mogu nastati defekti.
Doktorand Carlos Alejandro Figueroa Morales meri svojstva perovskita (Foto: Zhengtao Hu, Gong Lab, Univerzitet u Mičigenu)
Istraživački tim je kreirao tri aditiva različitih oblika i veličina i dodao ih u tanke filmove kristala perovskita. Ovi aditivi su pokazali da veći molekuli imaju bolju interakciju sa perovskitima jer imaju više mesta za vezivanje sa kristalima perovskita, čime se efikasnije sprečava formiranje defekata.
Zagrevanje filmova perovskita na preko 200 stepeni Celzijusa potvrdilo je da aditivi veće mase pomažu filmovima da zadrže svoju karakterističnu crnu boju i razviju manje strukturnih defekata. Ovo otkriće otvara put ka dizajniranju efikasnijih aditiva koji bi mogli poboljšati životni vek solarnih ćelija na bazi perovskita, kao i drugih uređaja poput svetlećih dioda i fotodetektora.
Istraživanje je finansirao Univerzitet u Mičigenu, a korišćen je skenirajući elektronski mikroskop finansiran od strane Nacionalne fondacije za nauku. Koautorka Nancy Muyanja vodila je merenja mikroskopije u Centru za karakterizaciju materijala u Mičigenu.
Rad o istraživanju objavljen je u časopisu Matter.
