Kohti lyijytöntä aurinkoenergiaa

Sähkön tuottamiseksi aurinkokennot tarvitsevat sähkökentän erottamaan positiiviset varaukset negatiivisista varauksista. Tämän toteutetaan tyypillisesti seostamalla materiaali siten, että laitteen yhdessä kerroksessa on positiivinen ja toisessa negatiivinen varaus.

Nyt Berkeley Labin tutkijoiden vetämä tutkimusryhmä on osoittanut ainutlaatuisen kiertotavan, joka tarjoaa yksinkertaisemman lähestymistavan aurinkokennojen valmistukseen: kiteinen aurinkomateriaali, jossa on sisäänrakennettu sähköinen kenttä eli ferrosähköinen ominaisuus.

Uusi ferrosähköinen materiaali cesiumgermaniumtribromidi (CsGeBr3 tai CGB) avaa oven helpommalle aurinkokennorakenteiden valmistukselle. CGB-kiteet ovat luonnostaan polarisoituneita, jolloin kiteen toiselle puolelle muodostuu positiivisia ja toiselle negatiivisia varauksia, joten kallista dopingia ei tarvita.

Sen lisäksi, että CGB on ferrosähköinen, se on myös lyijytön "halogenidiperovskiitti", joka on nouseva aurinkomateriaalien luokka. Mutta monet parhaiten toimivista halogenidiperovskiiteistä sisältävät lyijyä.

Useimmat perovskiittiset aurinkokennomateriaalit eivät ole ferrosähköisiä, koska niiden kiteinen atomirakenne on symmetrinen. Viimeisten parin vuosikymmenen aikana uusiutuvan energian tutkijat ovat metsästäneet eksoottisia perovskiitteja, joilla on ferrosähköistä potentiaalia – erityisesti epäsymmetrisiä perovskiitteja.

Peidong Yang sanoo, että on vielä tehtävää ennen kuin CGB-materiaali voi tehdä debyyttinsä kaupallisessa aurinkolaitteessa, mutta hän on innoissaan niiden tuloksista. "Tämä ferrosähköinen perovskiittimateriaali, joka on pohjimmiltaan suolaa, on yllättävän monipuolinen", hän sanoo. "Odotamme innolla sen todellisen potentiaalin testaamista todellisessa aurinkosähkölaitteessa."

Kalifornian yliopiston San Diegon insinöörien kehittämä perovskiittinen aurinkokenno tuo puolestaan tutkijat lähemmäksi näiden aurinkokennojen tehokkuuden katon rikkomista.

Äskettäisessä tutkimuksessa tuotettu aurinkokenno on lyijytöntä pieniulotteista perovskiittimateriaalia, jolla on superhilakiderakenne – ensimmäinen alalla. Tämän materiaalin erikoisuus on, että siinä on tehokas kantajadynamiikka kolmessa ulottuvuudessa ja sen rakennesuunta voi olla kohtisuorassa elektrodeihin nähden. Tämän erityisen perovskiittiluokan materiaalit ovat toistaiseksi osoittaneet tällaista dynamiikkaa vain kahdessa ulottuvuudessa - kohtisuoraan suunnattua aurinkokennoa ei ole koskaan raportoitu.

Erityisen rakenteensa ansiosta tämä uudentyyppinen superhila-aurinkokenno saavuttaa 12,36 %:n hyötysuhteen, mikä on korkein raportoitu lyijyttömistä pieniulotteisista perovskiittisista aurinkokennoista. Uudessa aurinkokennossa on myös epätavallinen avoimen piirin jännite 0,967 V, mikä on korkeampi kuin teoreettinen raja 0,802 V.

Jatkossa tiimi työskentelee superhilakiteiden valmistusprosessin optimoiminin ja skaalaamisen parissa.

Aiheista aiemmin:

Perovskiitti ei hevillä antaudu

Aurinkokennoja siemenistä kasvattaen

Ferrosähköistä energian tuottoa