Uutta tekniikkaa aurinkosähkölle

Mengxia Liu kuvaa tutkimusraportissaan menetelmää yhdistää kahta lupaavaa aurinkoteknologiaa niiden vakauden parantamiseksi

Toronton yliopiston tutkijat ovat yhdistäneet kaksi uutta tekniikkaa seuraavan sukupolven aurinkoenergialle ja huomanneet, että kumpikin auttaa vakauttamaan toisiaan.

Tuloksena oleva hybridimateriaali on tärkeä askel kohti aurinkoenergian kustannusten vähentämistä samalla kun moninkertaistetaan sen käyttötapoja. Piistä valmistetuille aurinkokennojen tehokkuudelle on tietty yläraja. Professori Ted Sargentin johtama ryhmä etsii täydentäviä materiaaleja, jotka voivat parantaa piin keräyspotentiaalia absorboimalla niitä valon aallonpituuksia, joihin pii ei kykene.

"Kaksi käyttämäämme tekniikkaa ovat perovskiittikiteitä ja kvanttipisteitä", Sargent toteaa. ”Nämä molemmat soveltuvat liuosprosessointiin voidaan siten tulostaa joustavalle muoville tai yhdistää piiaurinkokennojen pintoihin.”

Yksi keskeisistä haasteista sekä perovskiiteille että kvanttipisteille on vakaus. Huoneenlämpötilassa tietyillä perovskiitti tyypeillä on 3D-kiderakenteessaan rakenne, joka tekee niistä läpinäkyviä eivätkä ne enää täysin absorboi auringonvaloa.

Kvanttipisteet on puolestaan peitettävä passivointikerroksella. Se on vain yhden molekyylin paksuinen ja estää kvanttipisteiden tarttumisen toisiinsa. Mutta yli 100 °C:n lämpötilat voivat tuhota passivointikerroksen.

Julkaistussa raportissa tutkijat esittävät tavan yhdistää perovskiitteja ja kvanttipisteitä niin, että ne stabiloivat molempia.

"Ennen kuin teimme tämän, ihmiset yleensä yrittivät käsitellä näitä kahta haastetta erikseen", toteaa Mengxia Liu, tutkimuspaperin johtava kirjoittaja.

"Tutkimus osoitti sekä perovskiittejä että kvanttipisteitä sisältävien hybridirakenteiden onnistuneen kasvun", kertoo Liu, joka on nyt tutkijatohtori Cambridgen yliopistossa.

Tutkijat tuottivat kahta tyyppiä hybridiä. Yksi niistä oli pääasiassa kvanttipisteitä, joissa oli noin 15 tilavuusprosenttia perovskiittejä ja se suunniteltiin muuntamaan valoa sähköksi. Toinen oli pääasiassa perovskiittejä, joissa oli noin 15 tilavuusprosenttia kvanttipisteitä ja se sopii paremmin muuntelemaan sähköä valoksi esimerkiksi osana ledejä.

Ryhmä osoitti, että perovskiittirikas materiaali pysyi vakaana ympäristöolosuhteissa noin kymmenen kertaa pidempään kuin materiaalit, jotka koostuvat pelkästään samasta perovskiitistä. Kvanttipistemateriaalin kokkaroituminen oli viisi kertaa pienempi kuin jos niitä ei olisi stabiloitu perovskiiteillä.

"Hypoteesi osoittautui erinomaisesti", Liu sanoo. "Se oli vaikuttava tulos ja ylitti odotuksemme."

Jatkossa tutkijat toivovat, että aurinkokennojen valmistajat ja teollisuuden tutkijat hyödyntäisivät tutkimustuloksia luomaan liuosprosessoituja aurinkokennoja, jotka täyttävät kaikki samat kriteerit kuin perinteinen pii.

Aiheesta aiemmin:

Aurinkokennot tavoittelevat 30 %

Kvanttipisteet tehostavat valon keruuta