Güneş Enerjisi İçin Güneşli Bir Görünüm: Yeni Araştırma, Güneş Pili Verimliliğini Artırmak İçin Büyük Vaat Gösteriyor
Yeni araştırmalar, güneş pillerinin verimliliğini artırmak için tamamen inorganik perovskit güneş pillerinin büyük vaatlerini gösteriyor.
Hibrit organik-inorganik perovskitler halihazırda %25’in üzerinde çok yüksek fotovoltaik verimlilikler göstermiştir. Alandaki hakim görüş, malzemedeki organik (karbon ve hidrojen içeren) moleküllerin, kusur destekli taşıyıcı rekombinasyonunu bastırdığına inanıldığından, bu etkileyici performansın elde edilmesi için çok önemli olduğudur.
UC Santa Barbara malzeme departmanındaki yeni araştırma, yalnızca bu varsayımın yanlış olduğunu değil, aynı zamanda tüm inorganik malzemelerin hibrit perovskitlerden daha iyi performans gösterme potansiyeline sahip olduğunu da göstermiştir. Bulgular, derginin 20 Ekim 2021 sayısının kapağında yer alan “Verimli güneş pilleri için adaylar olarak tamamen inorganik halojenür perovskitler” makalesinde yayınlandı. Hücre Raporları Fizik Bilimi.
Araştırmanın baş araştırmacısı Xie Zhang, “Malzemeleri karşılaştırmak için rekombinasyon mekanizmalarının kapsamlı simülasyonlarını gerçekleştirdik” dedi. “Bir güneş pili malzemesi üzerine ışık parladığında, foto-oluşturulan taşıyıcılar bir akım üretir; kusurlarda rekombinasyon bu taşıyıcılardan bazılarını yok eder ve dolayısıyla verimliliği düşürür. Kusurlar bu nedenle verimlilik katilleri olarak hareket eder. ”
İnorganik ve hibrit perovskitleri karşılaştırmak için araştırmacılar iki prototip malzeme üzerinde çalıştılar. Her iki malzeme de kurşun ve iyot atomları içerir, ancak bir malzemede kristal yapı inorganik sezyum elementi tarafından tamamlanırken, diğerinde organik metilamonyum molekülü bulunur.
Bu süreçleri deneysel olarak sıralamak son derece zordur, ancak son teknoloji ürünü kuantum-mekanik hesaplamalar, Mark’a kredi veren UCSB malzeme profesörü Chris Van de Walle grubunda geliştirilen yeni metodoloji sayesinde rekombinasyon oranlarını doğru bir şekilde tahmin edebilir. Turiansky, gruptaki son sınıf öğrencisi, rekombinasyon oranlarını hesaplamak için kodun yazılmasına yardımcı oluyor.
Turiansky, “Hangi kusurların taşıyıcı kaybına neden olduğunu belirlemek için yöntemlerimiz çok güçlü” dedi. “Zamanımızın kritik konularından birine, yani verimli yenilenebilir enerji üretimine uygulanan yaklaşımı görmek heyecan verici.”
Simülasyonları çalıştırmak, her iki malzemede ortak olan kusurların karşılaştırılabilir (ve nispeten iyi huylu) rekombinasyon seviyelerine yol açtığını gösterdi. Ancak hibrit perovskit içindeki organik molekül parçalanabilir; hidrojen atomlarının kaybı meydana geldiğinde, ortaya çıkan “boşluklar” verimliliği büyük ölçüde azaltır. Molekülün varlığı, bu nedenle, malzemenin genel verimliliğine bir varlıktan ziyade bir zarar verir.
Öyleyse, bu neden deneysel olarak fark edilmedi? Temel olarak, tamamen inorganik malzemelerin yüksek kaliteli katmanlarını büyütmek daha zor olduğu için. Diğer kristal yapıları benimseme eğilimleri vardır ve istenen yapının oluşumunu teşvik etmek daha fazla deneysel çaba gerektirir. Ancak son araştırmalar, tercih edilen yapıya ulaşmanın kesinlikle mümkün olduğunu göstermiştir. Yine de zorluk, tamamen inorganik perovskitlerin neden bugüne kadar bu kadar dikkat çekmediğini açıklıyor.
Van de Walle, “Beklenen verimlilikle ilgili bulgularımızın inorganik perovskit üretmeye yönelik daha fazla faaliyeti teşvik edeceğini umuyoruz” dedi.
Referans: Xie Zhang, Mark E. Turiansky ve Chris G. Van de Walle, 11 Ekim 2021, “Verimli güneş pilleri için adaylar olarak tamamen inorganik halojenür perovskitler”, Hücre Raporları Fizik Bilimi.
DOI: 10.1016/j.xcrp.2021.100604
Bu araştırma için fon, Enerji Bölümü Bilim Ofisi, Temel Enerji Bilimleri Ofisi tarafından sağlandı; hesaplamalar Ulusal Enerji Araştırmaları Bilimsel Hesaplama Merkezi’nde yapıldı.
.