تعمل أبحاث NREL على تعزيز استقرار البيروفسكايت ، وتساعد خلايا السيليكون الشمسية

نُشر في الأصل على موقع NREL على الويب.

مكّن التغيير في التركيب الكيميائي العلماء من تعزيز طول عمر وفعالية خلية شمسية من البيروفسكايت تم تطويرها في المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE).

مكنت الصيغة الجديدة الخلية الشمسية من مقاومة مشكلة الاستقرار التي أحبطت حتى الآن تسويق البيروفسكايت. تُعرف المشكلة بالفصل الطوري الناجم عن الضوء ، والذي يحدث عندما تنكسر السبائك التي تتكون منها الخلايا الشمسية تحت التعرض للضوء المستمر.

الخلايا الشمسية الترادفية من البيروفسكايت / السيليكون تعد الخلايا الشمسية الترادفية من البيروفسكايت / السيليكون منافسة للجيل التالي من تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية ، مع إمكانية تحقيق مكاسب في كفاءة الوحدة بأقل تكلفة ممكنة. طور الباحثون سبيكة بيروفسكايت ثلاثية هاليد جديدة أتاحت زيادة كفاءة تحويل الطاقة واستقرار الصورة. تصوير دينيس شرودر ، NREL

"الآن بعد أن أظهرنا أننا محصنون ضد فصل الطور القابل للانعكاس قصير المدى ، فإن الخطوة التالية هي الاستمرار في تطوير طبقات وبنيات اتصال مستقرة لتحقيق أهداف موثوقية طويلة الأجل ، مما يسمح للوحدات بأن تدوم في المجال من أجل قال كاليب بويد ، المؤلف الرئيسي لورقة منشورة حديثًا في مجلة Science بعنوان "بيروفسكايت ثلاثي الهاليد واسع النطاق مع فصل طور مكبوت من أجل ترادفات فعالة" ، قال كالب بويد 25 عامًا أو أكثر. يرتبط بويد والمؤلف المشارك Jixian Xu بمجموعة أبحاث البروفيسور مايكل ماكجي بجامعة كولورادو بولدر ، والتي تبحث في مادة البيروفسكايت في NREL.

علماء NREL الإضافيين الذين ساهموا في الورقة هم أكسل بالمستروم ودانييل ويتر وبريون لارسون وريان فرانس وجيريمي فيرنر وستيفن هارفي وإيلي وولف ومايكيل فان هيست وجوزيف بيري وجوزيف لوثر.

تصنع خلايا البيروفسكايت الشمسية عادةً باستخدام مزيج من اليود والبروم ، أو البروم والكلور ، لكن الباحثين حسّنوا الصيغة من خلال تضمين الأنواع الثلاثة للهاليدات. وقد أثبت البحث جدوى خلط المواد الثلاث.

أدت إضافة الكلور إلى اليود والبروم إلى إنشاء طور بيروفسكايت ثلاثي هاليد وقمع فصل الطور الناجم عن الضوء حتى عند إضاءة 100 شمس. كان التحلل الذي حدث طفيفًا ، عند أقل من 4٪ بعد 1000 ساعة من التشغيل عند 60 درجة مئوية. عند 85 درجة وبعد التشغيل لمدة 500 ساعة ، فقدت الخلية الشمسية حوالي 3 ٪ فقط من كفاءتها الأولية.

قال بويد: "تتمثل الخطوة التالية في إظهار اختبار الاستقرار المتسارع لإثبات ما قد يحدث في هذا المجال في غضون 10 أو 20 عامًا"

خلقت الصيغة الجديدة خلية شمسية بكفاءة 20.3٪.

لا يزال السيليكون هو المادة المهيمنة المستخدمة في الخلايا الشمسية ، لكن التقنية تقترب من الحد الأقصى من الكفاءة النظرية البالغة 29.1٪ ، مع تسجيل 26.7٪ قياسيًا حتى الآن. لكن وضع البيروفسكايت فوق خلية شمسية من السيليكون لإنشاء خلية شمسية متعددة الوصلات يمكن أن يعزز الكفاءة ويقلل من تكلفة الكهرباء الشمسية. تمكن علماء NREL من إنشاء خلية شمسية ترادفية من البيروفسكايت / السيليكون بكفاءة تبلغ 27٪. في حد ذاتها ، كان لخلية السيليكون الشمسية كفاءة تبلغ حوالي 21٪.

قام مكتب تقنيات الطاقة الشمسية التابع لوزارة الطاقة بتمويل البحث.

NREL هو المختبر الوطني الأساسي لوزارة الطاقة الأمريكية للبحث والتطوير في مجال الطاقة المتجددة وكفاءة الطاقة. يتم تشغيل NREL لصالح وزارة الطاقة من قبل The Alliance for Sustainable Energy، LLC.

صورة مميزة من قبل دنيس شرودر ، NREL