Ahogy a világ igyekszik eltávolodni a fosszilis tüzelőanyagoktól, a szél- és napenergiát hasznosító létesítményeket gyors ütemben telepítik – írja az Interesting Engineering. Bár a napenergia szinte mindenhol elérhető, a napenergia telepítése még ma is elmarad a vízenergia- és szélenergia-rendszerektől.
A napenergia viszonylag alacsony elterjedtségének egyik oka az alacsony hatásfok. A kereskedelmi forgalomban kapható napelemek teljesítmény-átalakítási hatásfoka (PCE) átlagosan 15-20 százalék. Ez azt jelenti, hogy a napelemre a nap folyamán beeső napfény legfeljebb 20 százalékát képes villamos energiává alakítani.
Egy naperőmű esetében a hatalmas infrastruktúra nem képes a ráeső napfény 80 százalékát átalakítani. Ezért van szükség a napelemek PCE-jének jelentős fejlesztésére, és ebben a perovszkitok segíthetnek.
Ahogy a világ igyekszik eltávolodni a fosszilis tüzelőanyagoktól, a szél- és napenergiát hasznosító létesítményeket gyors ütemben telepítik. (Fotó: Canva)
A perovszkit-alapú napelemek segítségével a tudósok PCE-rekordokat döntenek, és akár 33 százalékos energiaátalakítást is képesek elérnek. Ráadásul ezek a napelemek olcsóbban is előállíthatók és környezetbarátok, és különböző színekben is elkészíthetők, hogy megkönnyítsék a városi telepítéseket. A naperőművek viszonylag egyszerűbb telepítése a tengeri szélerőművekhez vagy a vízerőművek építéséhez képest még inkább a perovszkit-alapú napelemek széles körű telepítése mellett szól.
A perovszkitoknak azonban minden kiváló képességük ellenére van egy nagy problémájuk. A hirtelen hőmérséklet-ingadozás vagy a nedvességnek és oxigénnek való hosszú kitettség instabillá teszi az anyagot, és a napelem leáll. Ez az egyik fő akadálya a perovszkitok kereskedelmi szintű alkalmazásának.
A Zhou Yuanyuan, a HKUST professzora által vezetett kutatók tanulmányozták a perovszkit mikroszerkezetét, és megállapították, hogy az anyag kristályos szemcséi homorúak a felületükön. A napelemekben való alkalmazáskor ez a tulajdonság befolyásolja a perovszkitfilm szerkezeti folytonosságát, és változó körülmények között összeomlást okoz.
„A perovszkit szemcsék felületi homorúsága nagyon felkeltette érdeklődésünket, amikor atomerő-mikroszkópiával vizsgáltuk a perovszkit filmek szerkezeti részleteit” – magyarázta Zhou egy nyilatkozatában. Ezek a homorúságok általában a film alatt rejtőznek eltemetve, és könnyen figyelmen kívül hagyhatók.
Ez a hiba korlátozta a perovszkitok nagyszabású alkalmazását. Emellett a kutatók megállapították, hogy a konkávitás korlátozó tényező a perovszkit alapú napelemek általános energiaátalakítási hatékonyságában. Ezért a hiba kijavításával hatékonyabb napelemek is létrehozhatók.
Kutatásuk során a csoport megállapította, hogy a perovszkit anyagának felületaktív molekulával, konkrétan tridecafluorhexán-1-szulfonsav káliummal való kezelése segíti az iondiffúziót a napelemekhez szükséges filmek készítésekor.
A kezelt perovszkit anyaggal készült cellák jobb hatásfokot és stabilitást mutattak nedves hő, hőciklusos és maximális teljesítménypont-követési tesztek során – áll a sajtóközleményben.
Kiemelt kép forrása: Canva„Az egyes kristályszemcsék szerkezete és geometriája a perovszkit félvezetők és napelemek teljesítményének alapja. A szemcsefelszíni homorúságok feltárásával, hatásuk megértésével és a geometria testre szabásához a vegyészmérnöki módszereket kihasználva úttörő munkát végzünk a perovszkit napelemek határértékekhez közeli hatékonyságú és stabilitású előállításában” – mondta Zhou.
S.Rita
