Innowacyjne panele fotowoltaiczne coraz bliżej
Dzięki fazom krystalicznym materiałów naukowcy opracowali nową koncepcję tworzenia heterozłącz dla ogniw słonecznych.
Heterozłącza to wyjątkowe elementy ogniw, które ułatwiają proces przekształcania światła słonecznego w energię elektryczną. Podczas absorbowania światła słonecznego przez ogniwa słoneczne generują się pary nośników ładunku, które następnie muszą być kierowane na przeciwległe strony diody fotowoltaicznej, aby wytworzyć prąd elektryczny. W tym procesie pomagają właśnie heterozłącza, które są obecne w organicznych i krzemowych ogniwach słonecznych, choć w odmiennym charakterze.
Czytaj też: Chińczycy budują największy na świecie magazyn energii CAES. Co o nim wiemy?
Teraz naukowcy wykorzystali cechę materiałów o różnych konfiguracjach strukturalnych zwanych fazami krystalicznymi. Okazało się, że z ich wykorzystaniem można stworzyć zupełnie nową koncepcję tworzenia heterozłącza dla fotowoltaiki. Wszystko dzięki temu, że ten sam materiał może wykazywać różne właściwości w zależności od specyficznych układów atomów i cząsteczek w jego strukturze. W swoim badaniu naukowcy wybrali perowskit z jodkiem cezu ołowiu, czyli wysoce wydajny materiał absorpcyjny dla ogniw słonecznych w jego fazie beta i gamma.
Czytaj też: Dlaczego niebo jest niebieskie? Elektromagnetyzm kluczem do odkrycia sekretów kosmosu
Optyczne i elektroniczne właściwości jodku ołowiu cezu w jego fazie beta i gamma różnią się od siebie. Poprzez umieszczenie gamma-perowskitu na wierzchu beta-perowskitu byliśmy w stanie sfabrykować fazowe ogniwo słoneczne, które jest znacznie bardziej wydajne w porównaniu z ogniwami słonecznymi, które są oparte na jednofazowych perowskitach. Zaawansowana analiza spektroskopowa ujawniła, że ta poprawa wydajności związana jest ze zwiększoną absorpcją światła i tworzeniem korzystnego ułożenia energetycznego pomiędzy dwoma fazami – wyjaśniła prof. Yany Vaynzof, prowadząca zespół naukowców.
Opracowano wiele różnych wersji, z czego najbardziej obiecującą okazała się ta o grubszej warstwie gamma, która spowodowała znaczną poprawę wszystkich parametrów wydajności fotowoltaicznej, osiągając sprawność konwersji mocy ponad 20%. W testach wykazano, że takie fazowe heterozłącza pozostają stabilne podczas pracy ogniwa słonecznego, a nawet tłumią migrację jonów w absorberze ogniwa słonecznego, rozwiązując problem często spotykany w przypadku materiałów perowskitowych.
Czytaj też: Emisja dwutlenku węgla ciągle rośnie na całym świecie. Tylko w jednym kraju zanotowano spadek
Jak panele fotowoltaiczne mogą się dzięki temu zmienić w przyszłości? Bardzo, bo odkrycie takiego sposobu produkcji heterozłącz otwiera drogę do tworzenia innych tego typu struktur. Ma to o tyle wielką wagę, że w rzeczywistości wiele klas półprzewodników wykazuje polimorfizm w kwestii swoich faz krystalicznych. Dlatego też ta koncepcja może utorować drogę do zupełnie nowych ogniw słonecznych opartych na heterozłączach fazowych, które można stworzyć z jednego materiału przy użyciu prostych i tanich procesów produkcyjnych.
