Wraz z rozszerzaniem się stosowania paneli słonecznych zarówno na rozległych obszarach wiejskich, jak i w zabudowach miejskich, naukowcy pracują nad stałym ulepszaniem istniejących technologii fotowoltaicznych i osiągnięciem nowych szczytów w zakresie zrównoważonego rozwoju.
Czytaj też: Tak sprawnych ogniw perowskitowych jeszcze nie było – a to nie koniec
Ogniwa perowskitowe są bez wątpienia jednymi z najbardziej obiecujących ze względu na ich potencjał do niskich kosztów produkcji i wysokiej wydajności energetycznej. Szczególnie interesujące są perowskity z halogenkiem cyny (Sn-HP), które są potężną alternatywą dla perowskitów ołowiowych (Pb). Biorąc pod uwagę, że cyna jest znacznie mniej toksyczna dla środowiska niż ołów, inwestowanie w panele Sn-HP jest dobrym rozwiązaniem.
Takich ogniw perowskitowych jeszcze nie było
Niestety, perowskitowe ogniwa fotowoltaiczne (PSC) wykonane z Sn-HP nie są idealne. Szybka i nieuporządkowana krystalizacja podczas produkcji prowadzi do powstawania defektów w strukturze krystalicznej warstwy perowskitu, co utrudnia wydajność konwersji. Co więcej, ogniwa Sn-HP cechuje niska stabilność i wysoka wrażliwość na wilgoć oraz warunki otoczenia.
Czytaj też: Będą kolejne farmy fotowoltaiczne. W Polsce zapadła ważna decyzja
Teraz uczeni z Chung-Ang University znaleźli eleganckie i wydajne rozwiązanie tych problemów. Wprowadzenie 4-fenylotiosemikarbazydu (4PTSC) jako dodatku podczas produkcji ogniw Sn-HP może zwiększyć wydajność ogniw PSC, co opisano w pracy opublikowanej w czasopiśmie Advanced Energy Materials.
Prof. Dong-Won Kang z Chung-Ang University, który kierował badaniami, mówi:
Celowo wybraliśmy wielofunkcyjną cząsteczkę, która działa jako kompleks koordynacyjny i środek redukujący, pasywuje powstawanie defektów i poprawia stabilność.
Ponieważ 4PTSC działa jako koordynujący ligand, może skutecznie regulować proces wzrostu kryształu, minimalizując powstawanie defektów. Co więcej, 4PTSC zbija również wszelkie defekty, które powstają poprzez chemiczną koordynację 4PTSC i SnI2. To z kolei chroni powierzchnię perowskitu i zapobiega uczestnictwu nieskoordynowanych jonów Sn2+ i halogenkowych w niepożądanych reakcjach. Co więcej, miejsca nukleofilowe -NH2 w 4PTSC dodatkowo utrudniają utlenianie SnI2 i migrację jonów, co poprawia stabilność całego ogniwa.
Prof. Dong-Won Kang dodaje:
Urządzenia zmodyfikowane 4PTSC osiągnęły szczytową wydajność 12,22 proc. przy zwiększonym napięciu obwodu otwartego 0,94 V i wykazały lepszą długoterminową stabilność, zachowując prawie 100 proc. początkowej wydajności konwersji mocy, nawet po 500 godzinach i około 80 proc. po 1200 godzinach w warunkach otoczenia bez żadnej enkapsulacji. Różni się to od wyraźnej degradacji obserwowanej w urządzeniach sterujących w ciągu pierwszych 300 godzin.
Ponieważ Sn-HP są dość niedrogie w produkcji i wykazują dobrą wydajność oraz dużą trwałość, wkrótce możemy być świadkami narodzin zupełnie nowych paneli słonecznych. To z kolei może pomóc jeszcze bardziej rozpowszechnić technologię, której tak bardzo potrzebujemy.