Среда, 21 февраля, 2024
ДомойТехнологииРеволюция в солнечной энергетике: достигнут рекордный КПД 25,1% в перовскитных элементах

Революция в солнечной энергетике: достигнут рекордный КПД 25,1% в перовскитных элементах

- Advertisement -

Последние исследования Северо-Западного университета в области перовскитных солнечных элементов установили новый рекорд эффективности в 25,1%, используя новый двухмолекулярный подход для уменьшения рекомбинации электронов. Эта разработка знаменует собой значительный шаг на пути к тому, чтобы сделать солнечные элементы на основе перовскита более эффективной и стабильной альтернативой обычным элементам на основе кремния. Фото: Лаборатория Сарджента/Северо-Западный университет.

Исследователи повысили эффективность клеток, используя комбинацию молекул для решения различных проблем.

Исследователи из Северо-Западного университета в очередной раз повысили стандарты перовскитных солнечных элементов с помощью новой разработки, которая помогла новой технологии установить новые рекорды эффективности.

Результаты, недавно опубликованные в журнале Наука, опишите двухмолекулярное решение для преодоления потерь эффективности при преобразовании солнечного света в энергию. Включив первую молекулу для решения проблемы, называемой поверхностной рекомбинацией, при которой электроны теряются, когда они захватываются дефектами (отсутствующими атомами на поверхности), и вторую молекулу для разрушения рекомбинации на границе между слоями, команда добилась национального возобновляемого источника энергии. Energy Lab (NREL) подтвердила эффективность 25,1%, тогда как более ранние подходы достигали эффективности всего 24,09%.

Сосредоточение внимания на межфазной рекомбинации

«Солнечная технология на основе перовскита развивается быстро, и акцент исследований и разработок смещается от объемного поглотителя к границам раздела», — сказал профессор Северо-Западного университета Тед Сарджент. «Это критический момент для дальнейшего повышения эффективности и стабильности и приближения нас к этому многообещающему пути к еще более эффективному сбору солнечной энергии».

Сарджент является соисполнительным директором Института устойчивого развития и энергетики Паулы М. Триененс (ранее ISEN) и многопрофильным исследователем в области химии материалов и энергетических систем, работающим на кафедре химии Вайнбергского колледжа искусств и наук и кафедра электротехники и вычислительной техники Инженерной школы Маккормика.

Обычные солнечные элементы изготавливаются из кремниевых пластин высокой чистоты, производство которых энергозатратно и может поглощать только фиксированный диапазон солнечного спектра.

Перовскитные материалы, размер и состав которых можно регулировать для «настройки» длин волн света, который они поглощают, что делает их выгодной и потенциально более дешевой и высокоэффективной новой тандемной технологией.

Исторически солнечные элементы на основе перовскита сталкивались с проблемами повышения эффективности из-за их относительной нестабильности. За последние несколько лет достижения лаборатории Сарджента и других организаций привели эффективность перовскитных солнечных элементов к тому же диапазону, что и кремний.

Достижения в области удержания электронов

В настоящем исследовании вместо того, чтобы пытаться помочь клетке поглощать больше солнечного света, команда сосредоточилась на проблеме поддержания и удержания генерируемых электронов для повышения эффективности. Когда слой перовскита контактирует с электронтранспортным слоем клетки, электроны перемещаются от одного к другому. Но электрон может двигаться обратно наружу и заполнять или «рекомбинировать» дырки, существующие в слое перовскита.

«Рекомбинация на границе раздела сложна», — сказал первый автор Ченг Лю, аспирант лаборатории Сарджент, которой совместно руководят профессор химии Чарльза Э. и Эммы Х. Моррисон Меркури Канацидис. «Очень сложно использовать один тип молекул для решения сложной рекомбинации и удержания электронов, поэтому мы подумали, какую комбинацию молекул мы могли бы использовать для более комплексного решения проблемы».

Предыдущие исследования команды Сарджента обнаружили доказательства того, что одна молекула, PDAI2, хорошо справляется с решением проблемы рекомбинации интерфейсов. Затем им нужно было найти молекулу, которая могла бы восстанавливать поверхностные дефекты и предотвращать рекомбинацию с ними электронов.

Двухмолекулярный подход и будущая работа

Найдя механизм, который позволил бы PDAI2 Чтобы работать со вторичной молекулой, команда сосредоточилась на сере, которая могла бы заменить углеродные группы — обычно плохо предотвращающие движение электронов — чтобы покрыть недостающие атомы и подавить рекомбинацию.

В недавней статье той же группы, опубликованной в журнале Nature, было разработано покрытие подложки под слоем перовскита, которое помогает ячейке работать при более высокой температуре в течение более длительного периода. Это решение, по словам Лю, может работать в тандеме с результатами научной статьи.

Хотя команда надеется, что их результаты побудят более широкое научное сообщество продолжить работу, они также будут работать над последующими действиями.

«Мы должны использовать более гибкую стратегию для решения сложной проблемы интерфейса», — сказал Ченг. «Мы не можем использовать только один вид молекул, как это делали люди раньше. Мы используем две молекулы для решения двух видов рекомбинации, но мы уверены, что на границе раздела существует больше видов рекомбинации, связанной с дефектами. Нам нужно попытаться использовать больше молекул, чтобы собраться вместе и убедиться, что все молекулы работают вместе, не разрушая функции друг друга».

Ссылка: «Бимолекулярно пассивированный интерфейс обеспечивает эффективные и стабильные солнечные элементы на основе инвертированного перовскита» Ченг Лю, И Ян, Хао Чен, Цзянь Сюй, Ао Лю, Абдулазиз С.Р. Бати, Хуэйхуэй Чжу, Люк Гратер, Шреяш Судхакар Хадке, Чуин Хуанг, Винод К. Санван, Тонг Кай, Донхун Шин, Лин К. Чен, Марк К. Херсам, Чад А. Миркин, Бин Чен, Меркури Г. Канацидис и Эдвард Х. Сарджент, 16 ноября 2023 г., Наука.
DOI: 10.1126/science.adk1633.

Статья была поддержана номером 70NANB19H005 Министерства торговли США, Национального института стандартов и технологий, в рамках Центра иерархического дизайна материалов (CHiMaD) и частично OSR-CRG2020-4350.2, а также получила поддержку от Управление военно-морских исследований (N00014-20-1-2572, N00014-20-1-2725), Управление армейских исследований (W911NF-23-1-0141, W911NF-23-1-0285 и Фонд Шермана Фэйрчайлда , Инк.). В работе использовались средства SPID, EPIC и Keck-II компании Северо-Западный университетЦентр NUANCE, получивший поддержку от ресурса SHyNE (NSF ECCS-2025633), Международного института нанотехнологий, Северо-Западного университета и программы 5 MRSEC Northwestern (NSF DMR-1720139). Характеристика переноса заряда была поддержана Центром исследований материалов и инженерии Национального научного фонда (NSF) Северо-Западного университета (DMR-1720319).

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме