Kilde: saudigazette.com.sa
Etter hvert som global bærekraft og megatrender med ren energi påvirker hvordan vi tilnærmer oss energistrategier mot en grønnere fremtid for planeten, er fornybare teknologier som vind og sol ledende satsingsområder for forskning. I solteknologirommet har det fremvoksende feltet av perovskite solceller (PSCer) blitt populært i løpet av det siste halvannet tiåret.
Men i et felt dominert av silisium solceller, må den relativt nye teknologien til perovskite solceller i tillegg til å tilby høy effekt konvertering effektivitet (PCE) også møte to andre viktige krav for å bli vellykket kommersialisert: stabilitet og skalerbarhet.
I en nylig publisert Science-artikkel med tittelen 'Fuktig varme-stabil perovskite solceller med skreddersydd dimensjonalitet 2D/3D heterojunksjoner,' KAUST forskere har rapportert en betydelig milepæl gjennom den aller første vellykkede fotovoltaiske (PV) fuktig-varme test av PSCs.
Den fuktige varmetesten er en akselerert og streng miljø aldringstest som tar sikte på å bestemme solcellepanelenes evne til å motstå langvarig eksponering for høy luftfuktighet og forhøyede temperaturer.
Testen kjøres i 1000 timer under et kontrollert miljø med 85% fuktighet og 85 grader Celsius. Det er ment å gjenskape flere års utendørs eksponering og evaluere faktorer som korrosjon og delaminering.
Testens hardhet er i tråd med kommersialiseringskravene til fotovoltaisk (PV) teknologi som trenger å dekke 25 til 30 års garanti for konvensjonelle krystallinske silisiummoduler. For å bestå testen må solcellen opprettholde 95% av sin opprinnelige ytelse.
Ledet av førsteforfatter Randi Azmi, postdoktor i Stefaan De Wolfs KAUST Photovoltaics Laboratory, måtte forskningen deres overvinne en varig svakhet i innkapslede PSCer for å forhindre emballasjelekkasje.
Denne sårbarheten til 3D perovskite filmer er det som tillater uønsket infiltrasjon av atmosfæriske midler og tilbyr begrenset motstandskraft mot varme. Løsningen som KAUST-forskerne finner, er prosjektering og innføring av 2D-perovskite passivasjonslag for samtidig å forbedre effektkonverteringseffektiviteten og livstids-PSC-ene.
Stabilitet er viktig fordi perovskites er følsomme. De brukes gjennom en tynnfilmbeleggprosess, og er i utgangspunktet et salt - så perovskite solceller er sterkt påvirket av tilstedeværelsen av fuktighet.
Spesifisiteten til perovskites er at det er en tynnfilmteknologi. Som det er tilfelle med konvensjonelle solceller, er det fortsatt nødvendig med to kontakter laget av bestemte typer materialer. Den ene vil samle elektroner, og den andres funksjon er å samle positivt ladede "hull" - som representerer fraværet av elektroner.
Men i motsetning til silisiumskiver kan perovskites belegges direkte på et glasssubstrat, ved hjelp av en forløperløsning. Løsningen er laget med et løsningsmiddel som blir krystallisert til en solid tilstand.
En av de betydelige fordelene er at forløpermaterialer kan lages uten behov for dyre anlegg og energiintensive miljøer på over 1000 grader, noe som er typisk for mer tradisjonelle halvledere som silisium.
– Det er en veldig enkel måte å lage solceller på. Selv om optoelektroniske egenskaper ikke er unike, er de også gode. De er på nivå med tradisjonelle halvledere av høy kvalitet. Det er ganske bemerkelsesverdig," forklarte professor De Wolf .
Ved å endre sammensetningen er det også mulig å justere spektralfølsomheten over sollysspekteret fra UV til infrarød. Dette er ganske attraktivt for spesifikke applikasjoner.
Den gjenværende utfordringen, etter ytelse og stabilitet, er skalering. De fleste solcelleapplikasjoner er fokusert på bruksskala sektorer og takpaneler. Mens sistnevnte ikke er fremtredende i Saudi-Arabia, inkluderer store prosjekter som forfølges i kongeriket store PV-felt i ørkenen.
«Markedet er silisiumbasert, og det vil i det minste være silisiumbasert de neste 20 årene», sier De Wolf.
Så KAUST Photovoltaics Lab er hovedsakelig fokusert på å forbedre ytelsen til perovskite solceller for å fremme mer effektive "tandem" løsninger sammenkobling både tradisjonell silisium og perovskites, hvor dagens funn vil hjelpe mye i å øke påliteligheten til slike perovskite / silisium tandem solceller.
