Kaynak:news.northwestern.edu
Science dergisinde bugün (17 Kasım) yayınlanan bulgular, güneş ışığının enerjiye dönüştürülmesiyle verimlilikteki kayıpların üstesinden gelmek için çift moleküllü bir çözümü tanımlıyor. Ekip, öncelikle yüzey rekombinasyonu adı verilen ve elektronların yüzeydeki eksik atomlar gibi kusurlar nedeniyle sıkışıp kaldığında kaybolduğu bir şeyi ele alan bir molekülü ve katmanlar arasındaki arayüzdeki rekombinasyonu bozacak ikinci bir molekülü birleştirerek Ulusal Yenilenebilirlik Ödülü'nü elde etti. Energy Lab (NREL) sertifikalı verimlilik %25,1, önceki yaklaşımlar ise yalnızca %24,09 verimliliğe ulaştı.
Kuzeybatılı profesör Ted Sargent, "Perovskit güneş enerjisi teknolojisi hızlı bir şekilde ilerliyor ve araştırma ve geliştirmenin vurgusu, toplu soğurucudan arayüzlere kayıyor" dedi. "Verimliliği ve istikrarı daha da artırmak ve bizi her zamankinden daha verimli güneş hasadı için bu umut verici rotaya yaklaştırmak için kritik nokta budur."
Sargent, Paula M. Trienens Sürdürülebilirlik ve Enerji Enstitüsü'nün (eski adıyla ISEN) eş-yönetici direktörüdür ve malzeme kimyası ve enerji sistemleri alanında çok disiplinli bir araştırmacıdır ve Weinberg Sanat ve Bilim Koleji'nin kimya bölümünde atamaları vardır. McCormick Mühendislik Okulu'nda elektrik ve bilgisayar mühendisliği bölümü.
Geleneksel güneş pilleri, üretimi yoğun enerji gerektiren ve güneş spektrumunun yalnızca sabit bir aralığını emebilen yüksek saflıkta silikon levhalardan yapılır.
Boyutu ve bileşimi emdikleri ışığın dalga boylarını "ayarlayacak" şekilde ayarlanabilen Perovskit malzemeleri, onları avantajlı ve potansiyel olarak daha düşük maliyetli, yüksek verimli yeni ortaya çıkan bir tandem teknolojisi haline getiriyor.
Tarihsel olarak perovskit güneş pilleri, göreceli istikrarsızlıkları nedeniyle verimliliği artırma konusundaki zorluklarla boğuşmuştur. Son birkaç yılda, Sargent'ın laboratuvarı ve diğerlerinin kaydettiği ilerlemeler, perovskit güneş pillerinin verimliliğini silikonla elde edilebilecek seviyeye getirdi.
Mevcut araştırmada ekip, hücrenin daha fazla güneş ışığını emmesine yardımcı olmak yerine, verimliliği artırmak için üretilen elektronları muhafaza etme ve alıkoyma konusuna odaklandı. Perovskit tabakası hücrenin elektron taşıma tabakasına temas ettiğinde elektronlar birinden diğerine hareket eder. Ancak elektron dışarı doğru hareket edebilir ve perovskit tabakasında bulunan deliklerle doldurabilir veya "yeniden birleşebilir".
Charles E. ve Emma H. Morrison Kimya Profesörü Mercouri Kanatzidis tarafından ortaklaşa denetlenen Sargent laboratuvarında doktora sonrası öğrenci olan baş yazar Cheng Liu, "Arayüzdeki rekombinasyon karmaşıktır" dedi. "Karmaşık rekombinasyonu ele almak ve elektronları tutmak için tek tip bir molekül kullanmak çok zordur, bu nedenle sorunu daha kapsamlı bir şekilde çözmek için hangi molekül kombinasyonunu kullanabileceğimizi düşündük."
Sargent'ın ekibinin geçmiş araştırmaları, bir molekül olan PDAI2'nin arayüz rekombinasyonunu çözmede iyi bir iş çıkardığına dair kanıtlar buldu. Daha sonra yüzey kusurlarını onaracak ve elektronların onlarla yeniden birleşmesini önleyecek bir molekül bulmaları gerekiyordu.
Ekip, PDAI2'nin ikincil bir molekülle çalışmasına izin verecek mekanizmayı bularak, eksik atomları kapatmak ve rekombinasyonu bastırmak için tipik olarak elektronların hareket etmesini engelleme konusunda zayıf olan karbon gruplarının yerini alabilecek kükürt üzerinde yoğunlaştı.
Kuzeybatılı profesör Mercouri Kanatzidis, "Çoğunlukla ışınımsal olmayan rekombinasyon kayıplarından kaynaklanan, ters çevrilmiş perovskit güneş pillerinde bulunan çekirdek verimsizlikleri ele alırken, güneş pili verimliliğinde yeni bir standart belirleniyor" dedi. "Bu, gelişmiş malzeme kimyası alanının, ortaya çıkan perovskit fotovoltaik teknolojilerin enerji dönüşüm verimliliğini ve ömrünü nasıl önemli ölçüde artırabileceğinin önemli bir örneğidir."
Kanatzidis, Weinberg'in kimya bölümünde ve McCormick'in malzeme bilimi ve mühendisliği bölümünde ikili görevlerle malzeme kimyası ve sürdürülebilir enerji çözümleri alanında lider bir otoritedir.
Makalenin ortak yazarı ve kimya araştırma görevlisi profesörü Bin Chen, "Bimoleküler stratejimizin, tandem güneş pilleri için umut verici olanlar da dahil olmak üzere çeşitli perovskit bileşimlerine uygulanabilirliği göstermesinden heyecan duyuyoruz" dedi.
Aynı grubun Nature'da yayınlanan yeni bir makalesi, hücrenin daha uzun süre daha yüksek sıcaklıkta çalışmasına yardımcı olmak için perovskit katmanının altındaki substrat için bir kaplama geliştirdi. Liu'ya göre bu çözüm, Science makalesindeki bulgularla birlikte çalışabilir.
Ekip, bulgularının daha büyük bilim camiasını çalışmayı ilerletmeye devam etmeye teşvik edeceğini umarken, onlar da takipler üzerinde çalışacaklar.
Cheng, "Karmaşık arayüz sorununu çözmek için daha esnek bir strateji kullanmalıyız" dedi. "Daha önce insanların yaptığı gibi yalnızca tek tür molekül kullanamıyoruz. İki tür rekombinasyonu çözmek için iki molekül kullanıyoruz, ancak arayüzde kusurla ilgili daha fazla türde rekombinasyon olduğundan eminiz. Kullanmaya çalışmamız gerekiyor." daha fazla molekülün bir araya gelmesini ve tüm moleküllerin birbirlerinin fonksiyonlarını bozmadan birlikte çalışmasını sağlamayı hedefliyoruz."
