Tarkempia kiderakenteita ja proteiineja aurinkokennoihin

Ohuet viivat esittävät perovskiitti-aurinkokennon raerakennetta, joka on saatu uudentyyppisellä elektronin takaisinsironnan diffraktiolla. Tutkijat voivat käyttää erilaista tekniikkaa suurten energiahäviöiden (tumma violetti) ja vähäisen energiahäviön (keltainen) kohteiden kartoittamiseen.

Aurinkokennossa fysikaalinen rasitus sen mikroskooppisessa kiderakenteessa voi haitata sen perustoimintoa muuntaen auringonvaloa hukkalämmöksi.

Uudelle syntyvälle aurinkokennotyypille, joka tunnetaan lyijyhalogenidi perovskiittisinä, tämän häviön vähentäminen on avain tehokkuuden parantamiseksi ja perovskiittien saamiseksi nykypäivän piiaurinkokennojen tasolle.

Jotta voisi ymmärtää missä kohtaa rasitus esiintyy ja johtaa energian menetyksen, tutkijoiden olisi visualisoitava aurinkokennossa olevien perovskiittikiteiden taustalla oleva raerakenne.

Tähän ei ole ollut tähän mennessä kunnollista menetelmää mutta nyt Washingtonin yliopiston ja FOM Institute for Atomic and Molecular Physicsin tutkijat Alankomaista ovat löytäneet sopivan tavan.

Sen tutkijat pystyivät kertaa kartoittamaan ongelmakohdat ja siten kehittää tapoja vähentää vääränlaisia suuntautumisia ja rasitusta ja estää vikakohtien muodostuminen.

Seuraavan sukupolven aurinkokennot, jotka jäljittelevät fotosynteesiä biologisella materiaalilla, voivat antaa uuden merkityksen termille "vihreä tekniikka".

Kansainvälisen tutkijaryhmän mukaan bakteeriperäisen proteiinin (bR) lisääminen perovskiitti-aurinkokennoihin lisäsi niiden tehokkuutta laboratoriotesteissä.

"Nämä havainnot avaavat oven halvemman, ympäristöystävällisemmän bioperovskiittisen aurinkokennoteknologian kehittämiselle", toteaa professori Shashank Priya, Penn Statesta. "Voimme tulevaisuudessa korvata joitain kalliita kemikaaleja aurinkokennojen sisällä suhteellisesti halvemmilla luonnonmateriaaleilla."

Kokeissaan tutkijat havaitsivat, että bR-proteiinin lisääminen perovskiitti-aurinkokennoihin paransi niiden tehokkuutta 14,5 prosentista 17 prosenttiin.

Luonnon jäjittelemisen perusteella tutkijat pyrkivät parantamaan edelleen perovskiittisten aurinkokennojen suorituskykyä Förster Resonance Energy Transfer (FRET) -mekanismin avulla. Kyseessä on energiansiirtomekanismi valoherkkien molekyyliparien välillä ja se näyttäisi olevan fotosynteesin perusta.

BR-proteiineilla ja perovskiittimateriaaleilla on samanlaiset sähköiset ominaisuudet kaistaeroineen. Nämä kaistaerot kohdistaen, tutkijat olettivat, että he voisivat saavuttaa paremman suorituskyvyn perovskiittisissa aurinkokennoissa FRET-mekanismin kautta.

BR-proteiinin sekoittaminen perovskiitti-aurinkokennoihin auttoi elektroni-aukko paria paremmin liikkumaan kennorakenteen läpi, vähentäen rekombinaatiohäviöitä ja lisäämään tehokkuutta, tutkijat kertovat.

Havainnoilla voi olla suurempia seurauksia, mikä johtaa tutkijoiden mukaan muiden hybridilaitteiden suunnitteluun, joissa keinotekoiset ja biologiset materiaalit toimivat yhdessä.

Aiheesta aiemmin:

Perovskiitti sen kun porskuttaa

Pieniä luonnonihmeitä it- ja sähkömiehille

Energian siirtoa nanomitoissa (FRET)