Wissenschaftler von NREL, CU-Boulder, University of Toledo arbeiten gemeinsam an verbesserter Formel
Wissenschaftler des National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums haben eine Zinn-Blei-Perowskit-Zelle demonstriert, die Stabilitätsprobleme überwindet und die Effizienz verbessert. Die neue Zelle, ein Tandem-Design mit zwei Perowskitschichten, hat einen Wirkungsgrad von 25,5 % gemessen.
Die Forscher konnten diese Perowskit-Solarzelle herstellen, die Probleme mit der Stabilität überwindet.
Perowskite haben sich zu einem hocheffizienten Material für Solarzellen entwickelt, aber die Forschung macht die Technologie immer langlebiger.
Die neue NREL-Zelle behielt 80 % ihrer maximalen Effizienz nach 1.500 Stunden Dauerbetrieb oder mehr als 62 Tagen.
„Dies stellt einen beschleunigten Alterungstest im Labor dar“, sagte Kai Zhu, ein leitender Wissenschaftler am NREL und Co-Autor eines neuen Papiers, in dem die Forschung detailliert beschrieben wird. „Bei diesem Tandem-Wirkungsgrad beträgt die beste in der Literatur angegebene Stabilität normalerweise mehrere hundert Stunden.“
Details über die neue Zelle sind in „Ladungsträgerkontrolle in Sn-Pb-Perowskiten mit schmaler Bandlücke über 2D-Kationentechnik für All-Perowskit-Tandemsolarzellen mit verbesserter Effizienz und Stabilität“, die in der Zeitschrift erscheint Energie der Natur.
Perowskit bezieht sich eher auf eine kristalline Struktur als auf ein bestimmtes Element wie Silizium, und die Solarzellen werden aus einer chemischen Lösung hergestellt, die auf einem Substrat befestigt ist. Die beiden korrespondierenden Autoren, Kai Zhu und Jinhui Tong, sagten, dass eine Tandem-Perowskit-Zelle, in der zwei Schichten verbunden werden, um leicht unterschiedliche Scheiben des Sonnenspektrums zu erfassen, mehr als 30 % effizient sein kann.
Die anderen Co-Autoren von NREL sind Qi Jiang (Co-Erstautor), Andrew Ferguson, Axel Palmstrom, Ji Hao, Sean Dunfield, Amy Louks, Steven Harvey, Haipeng Lu, Ryan France, Fei Zhang, Mengjin Yang, John Geisz, Matthew Beard, Darius Kuciauskas und Joseph Berry. Weitere Mitwirkende kommen von der University of Colorado-Boulder und der University of Toledo.
Viele dieser Forscher demonstrierten in a 2019 Artikel in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft eine Zinn-Blei-Tandem-Perowskit-Zelle mit einem gemessenen Wirkungsgrad von 23,1 %. Die durch Zinn verursachten Probleme kompensierten sie durch Zugabe der chemischen Verbindung Guanidiniumthiocyanat, was zu deutlichen Verbesserungen der strukturellen und optoelektronischen Eigenschaften der Zelle führte. Solarzellen erzeugen Strom, wenn Sonnenlicht die Bewegung von Elektronen auslöst. Eine mit der Bewegung verbundene längere Trägerlebensdauer verbessert die Effizienz der Zelle. Die Zugabe von Guanidiniumthiocyanat verlängerte die Trägerlebensdauer von weniger als 200 Nanosekunden (jede Nanosekunde ist ein Milliardstel einer Sekunde) auf 1 Mikrosekunde (oder ein Millionstel einer Sekunde).
Um dieses frühere Experiment zu verbessern, fügten die Wissenschaftler Phenethylammoniumiodid zusammen mit Guanidiniumthiocyanat hinzu. Bei dem verbesserten Zinn-Blei-Perowskit erhöhte sich die Ladungsträgerlebensdauer auf etwa 9 Mikrosekunden. Die kombinierten Additive reduzierten auch die mit der Zinnoxidation verbundene Defektdichte auf ein Niveau, das für Zinn-Blei-Perowskite beispiellos war und den Werten für Nur-Blei-Perowskite ähnelte.
Die neue Zelle zeigte auch eine Verbesserung der erzeugten Spannung bei 2,1142 Volt. Im Vergleich dazu meldete das am besten zertifizierte Tandemgerät 2,048 Volt.
Das Büro für Solarenergietechnologien des US-Energieministeriums finanzierte die Forschung.
NREL ist das wichtigste nationale Labor des US-Energieministeriums für Forschung und Entwicklung im Bereich erneuerbare Energien und Energieeffizienz. NREL wird für das Energieministerium von der Alliance for Sustainable Energy, LLC betrieben.
Schätzen Sie die Originalität von CleanTechnica und die Cleantech-Berichterstattung? Erwägen Sie, Mitglied, Unterstützer, Techniker oder Botschafter von CleanTechnica zu werden – oder Gönner auf Patreon.
