Kestävämpiä ja ohuempia aurinkokennoja

Perovskiitin käyttöä aurinkokennoihin on toistaiseksi haitannut se, että se hajoaa altistuessaan valolle ja lämmölle - erityisen ongelmallista laitteille, joiden on tarkoitus tuottaa energiaa auringosta.

Nyt UCLA:n johtama kansainvälinen tutkimusyhteistyö on kehittänyt uuden seostustavan ratkoa tätä ongelmaa.

Halidiperovskiitin kyky muuntaa valoa sähköksi johtuu tavasta, jolla sen molekyylit muodostavat toistuvan kuutioverkon. Tätä rakennetta pitävät yhdessä ionien väliset vastakkaisien varauksien sidokset. Mutta valolla ja lämmöllä on taipumus saada negatiivisesti varautuneita ioneja ponnahtamaan ulos perovskiitista, mikä vahingoittaa sen ajateltua tehtävää.

Tällä kertaa tutkijat seostivat metallihalogenidiperovskiittiin noin kahdeksan neodyymi-ionia jokaista 10 000 perovskiittimolekyyliä kohden. Neodyymin ionit ovat juuri oikean kokoisia kuutiomaiseen perovskiittikiteeseen ja kun ne kantavat kolmea positiivista varausta, niin tutkijat olettivat sen auttavan pitämään negatiivisesti varautuneita ioneja paikoillaan.

Selvisi, että kolmiarvoisen neodyymikationin (Nd 3+) sisällyttäminen vähentää tehokkaasti ionien kulkeutumista perovskiittihilassa pienemmällä annoksella (0,08 %) verrattuna yleisesti käytettyyn yksiarvoiseen kationiseostusaineeseen (Na+, 0,45 %).

Testauksissa maksimiteholla ja jatkuvalle valolle yli 1 000 tuntia altistettu koekenno, säilytti noin 93 % valonmuunnoksen tehokkuudestaan. Sitä vastoin tavallista perovskiittia käyttävä aurinkokenno menetti puolet tehomuunnostehostaan300 tunnin jälkeen samoissa olosuhteissa.

MIT:n insinöörit ovat puolestaan kehittäneet ultrakevyitä ja ohuita kangasmaisia aurinkokennoja. Ne voitaisiin esimerkiksi integroida veneen purjeisiin, kiinnittää telttoihin ja suojapeitteisiin, joita käytetään katastrofioperaatioissa tai kiinnittää droonien siipiin niiden lentosäteen laajentamiseksi.

Tähän mennessä tällaisten erittäin ohuiden valosähköiset rakenteet ovat rajoittuneet pienimuotoisiin laitteisiin, jotka on usein valmistettu lasialustalle, jossa on vain muutama liuoskäsitelty kerros.

Nyt tutkijat tulostivat laaja-alaisia, erittäin ohuita orgaanisia aurinkosähkömoduuleja, jonka kaikki kerrokset on valmistettu skaalautuvilla liuospohjaisilla tulostusprosesseilla.

Tulostetut kalvot voidaan edelleen siirtää kevyille ja lujille komposiittikankaille, mikä johtaa kestäviin kangasmaisiin aurinkosähköjärjestelmiin, jotka ovat noin 50 mikronin paksuisia ja joiden ominaistehopaino on 370 W kg−1. Se on 18 kertaa enemmän kuin perinteisellä aurinkokennolla.

Tämä lähestymistapa aurinkosähkön valmistuksen ja integroinnin erottamiseen mahdollistaa uusia mahdollisuuksia kaikkialla esiintyvässä energiantuotannossa ja tutkijat jatkavatkin työtään etsien kennoille sopivaa suojauskoteloinnin ratkaisua.

Aiheesta aiemmin:

Kohti lyijytöntä aurinkoenergiaa

Vakaita perovskiitteja

Ohuita ja joustavia aurinkokennoja