Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các kỹ sư đã phát triển một pin mặt trời thế hệ tiếp theo, tận dụng các tính chất quang học hứa hẹn của vật liệu perovskite. Họ đã làm cho các vật liệu ổn định hơn nhiều ở nhiệt độ cao và thể hiện một cách sạch sẽ, nhất quán để chế tạo chúng thành pin mặt trời. Đó có thể là những bước quan trọng đối với việc sản xuất thương mại pin mặt trời mới, chi phí thấp, hiệu quả, nhẹ và linh hoạt.
Perovskites với cấu trúc tinh thể và tính chất quang điện đầy hứa hẹn của chúng có thể là thành phần hoạt động tạo ra thế hệ tiếp theo của pin mặt trời chi phí thấp, hiệu quả, nhẹ và linh hoạt.
Vikram Dalal, giám đốc trung tâm nghiên cứu vi điện tử của bang Iowa, Giáo sư Kỹ thuật Anson Marston thuộc Đại học bang Iowa, Giáo sư Kỹ thuật Điện và Máy tính Thomas M. Whitney cho biếtMột vấn đề với thế hệ pin mặt trời silicon hiện nay là hiệu quả tương đối thấp trong việc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng.
Các pin mặt trời silicon tốt nhất trong phòng thí nghiệm có hiệu suất khoảng 26% trong khi các tế bào thương mại là khoảng 15%. Điều đó có nghĩa là các hệ thống lớn hơn là cần thiết để sản xuất một lượng điện nhất định và các hệ thống lớn hơn có nghĩa là chi phí cao hơn.
Điều đó có các nhà nghiên cứu tìm kiếm những cách mới để nâng cao hiệu quả và giảm chi phí. Một ý tưởng có thể tăng hiệu quả lên tới 50% là cấu trúc song song xếp chồng hai loại tế bào lên nhau, mỗi loại sử dụng các phần bổ sung khác nhau của quang phổ mặt trời để tạo ra năng lượng.
Lời hứa Perovskite
Các nhà nghiên cứu gần đây đã bắt đầu xem xét các vật liệu perovskite hữu cơ lai vô cơ như là một đối tác song song tốt cho các tế bào silicon. Các cuộc gọi Perovskite có tỷ lệ hiệu quả gần 25%, có băng thông bổ sung, có thể rất mỏng (chỉ một phần triệu mét) và có thể dễ dàng lắng đọng trên silicon.
Nhưng Dalal cho biết các nhà nghiên cứu đã học được những pin mặt trời lai perovskite bị phá vỡ khi tiếp xúc với nhiệt độ cao.
Đó là một vấn đề khi bạn cố gắng đặt các mảng năng lượng mặt trời nơi có ánh nắng mặt trời – những sa mạc nóng, khô ở những nơi như phía tây nam nước Mỹ, Úc, Trung Đông và Ấn Độ. Nhiệt độ môi trường xung quanh ở những nơi như vậy có thể đạt tới 120 đến 130 độ F và nhiệt độ pin mặt trời có thể lên tới 200 độ Fahrenheit.
Các kỹ sư của Đại học bang Iowa trong một dự án được hỗ trợ một phần bởi Quỹ khoa học quốc gia đã tìm ra cách tận dụng các đặc tính hữu ích của perovskite trong khi ổn định các tế bào ở nhiệt độ cao. Họ mô tả khám phá của họ trong một bài báo được xuất bản trực tuyến gần đây bởi tạp chí khoa học American Chemical Association Application Energy.
“Đây là những kết quả đầy hứa hẹn trong việc theo đuổi thương mại hóa vật liệu pin mặt trời perovskite và một tương lai xanh hơn, sạch hơn”, Harshavardhan Gaonkar, tác giả đầu tiên của tờ báo gần đây đã lấy bằng tiến sĩ về kỹ thuật điện và máy tính từ bang Iowa và hiện đang làm việc tại Boise , Idaho, là một kỹ sư cho ON S bán dẫn.
Tinh chỉnh vật liệu
Dalal, tác giả tương ứng của bài báo cho biết có hai phát triển chính trong công nghệ pin mặt trời mới:
Đầu tiên, ông cho biết các kỹ sư đã thực hiện một số điều chỉnh để trang điểm cho vật liệu perovskite.
Họ đã loại bỏ các thành phần hữu cơ trong vật liệu – đặc biệt là các cation, vật liệu có thêm proton và điện tích dương – và các vật liệu vô cơ thay thế như Caesium. Điều đó làm cho vật liệu ổn định ở nhiệt độ cao hơn.
Và thứ hai, họ đã phát triển một kỹ thuật chế tạo, xây dựng vật liệu perovskite một lớp mỏng – chỉ vài phần tỷ mét – tại một thời điểm. Kỹ thuật lắng đọng hơi này là phù hợp, không để lại chất gây ô nhiễm và đã được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác để có thể mở rộng quy mô cho sản xuất thương mại.
Kết quả của những thay đổi đó?
Các tế bào năng lượng mặt trời perovskite của nhóm cho thấy không có sự suy giảm nhiệt ngay cả ở 200 độ C (390 độ F) trong hơn ba ngày, nhiệt độ cao hơn nhiều so với những gì pin mặt trời sẽ phải chịu đựng trong môi trường thế giới thực.
Và sau đó Dalal đã làm một chút so sánh và đối chiếu: “Điều đó tốt hơn nhiều so với các tế bào perovskite hữu cơ – vô cơ, sẽ bị phân hủy hoàn toàn ở nhiệt độ này. Vì vậy, đây là một bước tiến lớn trong lĩnh vực này.”
Nâng cao hiệu suất
Bài báo cáo các pin mặt trời perovskite vô cơ mới có hiệu suất quang hóa là 11,8%. Điều đó có nghĩa là còn nhiều công việc phía trước cho các kỹ sư.
Các nhà khoa học hiện đang cố gắng tối ưu hóa tế bào này – Họ muốn làm cho nó hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng. Nhóm vẫn còn rất nhiều nghiên cứu để làm nhưng họ nghĩ rằng họ có thể đến đó bằng cách sử dụng các kết hợp vật liệu mới.
Các kỹ sư đã thay thế iốt phổ biến trong vật liệu perovskite bằng brom. Điều đó làm cho các tế bào ít nhạy cảm hơn với độ ẩm, giải quyết một vấn đề khác với perovskites lai tiêu chuẩn. Nhưng sự thay thế đó đã thay đổi tính chất của các tế bào, làm giảm hiệu quả và mức độ hoạt động của chúng song song với các tế bào silicon.
Và vì vậy các tinh chỉnh và thử nghiệm sẽ tiếp tục.
Khi họ tiến lên phía trước, các kỹ sư tin rằng họ đang đi trên một con đường đã được chứng minh: “Nghiên cứu này cho thấy sự ổn định nhiệt mạnh hơn của vật liệu perovskite vô cơ và pin mặt trời ở nhiệt độ cao hơn và trong thời gian dài hơn so với báo cáo ở nơi khác. (Đây là) những kết quả đầy hứa hẹn trong việc theo đuổi thương mại hóa vật liệu pin mặt trời perovskite.”
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học bang Iowa . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :