Účinnost 21 procent! Odhalena nová příprava materiálu pro baterie s vápenato-titanovou rudou

Ve spolupráci mezi výzkumníky z Monash University v Austrálii a Wuhan University of Technology v Číně, dvojice tvrdí, že byli schopni dosáhnout účinnosti konverze 21 procent pomocí octanu olovnatého jako prekurzorového materiálu pro výrobu solárních článků formamid-caesium chalkogenid.

Uvádí se, že účinnost je nejlepším zaznamenaným výsledkem pro zařízení vyrobené z nehalogenidového zdroje olova. To by mohlo připravit cestu pro průmyslovou výrobu odolných, vysoce účinných chalkogenidových fotovoltaických systémů.

Většina výzkumu chalkogenidových solárních článků obvykle používá halogenidy olova, konkrétně sloučeninu známou jako jodid olovnatý. Jodid olovnatý však musí mít čistotu 99,99 procenta, a proto je jeho použití v článcích drahé.

K vyřešení tohoto problému se tým stal prvním, kdo použil octan olovnatý spíše než jodid olovnatý k vytvoření stabilních solárních článků formamid-caesium chalcogenid.

Testovací zařízení vykazovala velkou tepelnou stabilitu a pokračovala v provozu po 3300 hodinách při 65 stupních bez ztráty účinnosti.

Menší prototyp solárního modulu využívající tyto články dosáhl účinnosti 18,8 procenta. Velké plochy chalkogenidových vrstev byly vytvořeny jednostupňovým povlakem čepele, což demonstrovalo potenciální proveditelnost průmyslové výroby.

Vedoucí autor Jie Zhao, doktorand na Monash University, řekl: „Podařilo se nám použít octan olovnatý v jednokrokovém procesu odstředivého nanášení k získání dokonalých, vysoce kvalitních filmů formamid-caesium chalkogenid...... Protože nepotřebujeme anti-rozpouštědlo, můžeme toho dosáhnout pomocí technik ve velkém měřítku, jako je lakování čepelí, což znamená, že proveditelnost průmyslové výroby je na místě."

Tajná složka amonium

Ve srovnání s křemíkem mají tenkovrstvé solární články vyrobené z chalkogenidu potenciál transformovat sektor solární energie, protože jsou levné na výrobu, jsou flexibilní a mají laditelný zakázaný pás.

Výzkumníci se však stále potýkají s problémy se spolehlivostí a musí najít způsob, jak vyrábět zařízení, která lze komerčně vyrábět.

Vzhledem k jejich vynikající stabilitě vědci zjistili, že chalkogenidy vyrobené za použití formamidu a cesia jsou ideálními komerčními kandidáty. Předchozí pokusy o jejich syntézu pomocí octanu olovnatého jako prekurzoru selhaly.

Aby výzkumníci prozkoumali a vyřešili tento problém, zkoumali základní molekulární mechanismy.

Pomocí rentgenové difrakce a nukleární magnetické rezonanční spektroskopie vědci identifikovali potřebu použití amonia jako těkavého kationtu (kladně nabitého iontu) v kritické fázi.

Přispívající autor Sebastian Fürer řekl: "Přítomnost amonia slouží k odstranění zbytkové kyseliny octové během procesu žíhání bez tvorby nežádoucích vedlejších produktů."

Chemická sloučenina octan olovnatý je velmi slibným alternativním prekurzorem pro vytváření hladkých filmů s méně defekty než halogenid olovnatý, uvedli vědci.

Doposud se octan olovnatý používal pouze k výrobě chalkogenidů na bázi methylamonia nebo cesia, které jsou poměrně nestabilní a pro praktické aplikace nevhodné.

Odpovídající autor Wenxin Mao řekl: "Poskytujeme celé výzkumné komunitě druhou metodu pro výrobu vysoce kvalitních chalkogenidových solárních článků."

Nedávno výzkumníci z berlínského centra Helmholtz-Zentrum uvedli, že dosáhli 32,5% účinnosti přeměny v naskládaném solárním článku, což je vůbec nejvyšší u této technologie a světový rekord. Nový vrstvený solární článek se skládá z křemíkového článku na spodní straně a kalcium titanitového článku na horní straně.

V listopadu výzkumný tým z Bádensko-Württemberského centra pro výzkum solární energie a vodíku ve Stuttgartu v Německu zkombinoval chalkogenid se selenidem mědi a india a galia k vytvoření vrstveného solárního modulu s účinností více než 21 procent.