Source: saudigazette.com.sa
Καθώς οι μεγάλες τάσεις της παγκόσμιας βιωσιμότητας και της καθαρής ενέργειας επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο προσεγγίζουμε τις ενεργειακές στρατηγικές προς ένα πιο πράσινο μέλλον για τον πλανήτη, οι ανανεώσιμες τεχνολογίες όπως η αιολική και η ηλιακή ενέργεια αποτελούν κορυφαίους τομείς εστίασης για την έρευνα. Στον χώρο της ηλιακής τεχνολογίας, το αναδυόμενο πεδίο των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη (PSC) έχει αποκτήσει δημοτικότητα την τελευταία μιάμιση δεκαετία.
Ωστόσο, σε ένα πεδίο όπου κυριαρχούν οι ηλιακές κυψέλες πυριτίου, η σχετικά νέα τεχνολογία των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη εκτός από την υψηλή απόδοση μετατροπής ισχύος (PCEs) πρέπει να πληροί και δύο άλλες κρίσιμες απαιτήσεις για την επιτυχή εμπορευματοποίηση: σταθερότητα και επεκτασιμότητα.
In a recently published Science paper titled 'Damp heat–stable perovskite solar cells with tailored-dimensionality 2D/3D heterojunctions,' KAUST researchers have reported a significant milestone through the first-ever successful photovoltaic (PV) damp-heat test of PSCs.
Η δοκιμή υγρασίας-θερμότητας είναι μια επιταχυνόμενη και αυστηρή δοκιμή γήρανσης του περιβάλλοντος που στοχεύει στον προσδιορισμό της ικανότητας των ηλιακών συλλεκτών να αντέχουν την παρατεταμένη έκθεση σε υψηλή διείσδυση υγρασίας και υψηλές θερμοκρασίες.
Η δοκιμή εκτελείται για 1,000 ώρα σε ελεγχόμενο περιβάλλον υγρασίας 85 τοις εκατό και 85 βαθμών Κελσίου. Προορίζεται για την αναπαραγωγή πολλών ετών έκθεσης σε εξωτερικούς χώρους και την αξιολόγηση παραγόντων όπως η διάβρωση και η αποκόλληση.
Η σκληρότητα της δοκιμής είναι σύμφωνη με τις απαιτήσεις εμπορευματοποίησης της τεχνολογίας φωτοβολταϊκών (PV) που πρέπει να καλύπτουν 25 έως 30 χρόνια εγγύησης για τις συμβατικές μονάδες κρυσταλλικής-πυριτίου. Για να περάσει τη δοκιμή, το ηλιακό στοιχείο πρέπει να διατηρήσει το 95 τοις εκατό της αρχικής του απόδοσης.
Led by first author Randi Azmi, a postdoctoral fellow in Stefaan De Wolf's KAUST Photovoltaics Laboratory, their research had to overcome an enduring weakness in encapsulated PSCs to prevent packaging leakage.
Αυτή η ευπάθεια των μεμβρανών 3D περοβσκίτη είναι που επιτρέπει την ανεπιθύμητη διείσδυση ατμοσφαιρικών παραγόντων και προσφέρει περιορισμένη αντοχή στη θερμότητα. Η λύση που βρήκαν οι ερευνητές του KAUST είναι η μηχανική και η εισαγωγή στρωμάτων παθητικοποίησης 2D-περοβσκίτη για την ταυτόχρονη ενίσχυση της απόδοσης μετατροπής ισχύος και των PSC διάρκειας ζωής.
Stability is essential because perovskites are sensitive. Employed through a thin-film coating process, they're basically a salt — so perovskite solar cells are highly affected by the presence of humidity.
The specificity of perovskites is that it's a thin-film technology. As is the case with conventional solar cells, two contacts made of specific types of materials are still required. One will collect electrons and the other's function is to collect positively charged 'holes' — which represent the absence of electrons.
Όμως, σε αντίθεση με τις γκοφρέτες πυριτίου, οι περοβσκίτες μπορούν να επικαλυφθούν απευθείας σε γυάλινο υπόστρωμα, χρησιμοποιώντας ένα πρόδρομο διάλυμα. Το διάλυμα παρασκευάζεται με διαλύτη που κρυσταλλώνεται σε στερεή κατάσταση.
Ένα από τα σημαντικά πλεονεκτήματα είναι ότι τα πρόδρομα υλικά μπορούν να κατασκευαστούν χωρίς την ανάγκη δαπανηρών εγκαταστάσεων και ενεργειακά-εντατικών περιβαλλόντων άνω του 1,000 μοιρών, κάτι που είναι χαρακτηριστικό για πιο παραδοσιακούς ημιαγωγούς όπως το πυρίτιο.
"It's a very simple way to make solar cells. Also, while the optoelectronic properties are not unique, they are excellent. They're on-par with very high-quality traditional semiconductors. That's quite remarkable," explained Professor De Wolf .
By altering the composition, it's also possible to tune the spectral sensitivity across the solar light spectrum from UV up to infrared. This is quite attractive for specific applications.
Η πρόκληση που απομένει, μετά την απόδοση και τη σταθερότητα, είναι η κλιμάκωση. Οι περισσότερες εφαρμογές ηλιακών κυψελών εστιάζονται σε τομείς-χρησιμότητας κλίμακας και πάνελ ταράτσας. Ενώ η τελευταία δεν είναι εξέχουσα θέση στη Σαουδική Αραβία, μεγάλα έργα που επιδιώκονται στο Βασίλειο περιλαμβάνουν μεγάλα φωτοβολταϊκά πεδία στην έρημο.
"The market is silicon-based, and it will be silicon-based for the next 20 years at least," said De Wolf.
So the KAUST Photovoltaics Lab is mainly focused on improving the performance of perovskite solar cells to advance more efficient "tandem" solutions pairing both traditional silicon and perovskites, where the current findings will aid much in increasing the reliability of such perovskite/silicon tandem solar cells.
