Ogniwa słoneczne Perovskite (PSC) to jedna z najszybciej rozwijających się technologii ogniw słonecznych na świecie. Takie elementy są cienkowarstwowe, lekkie i mogą być elastyczne, wykonane z niedrogich materiałów. Jednak ten typ ogniwa słonecznego nadal boryka się z poważnym problemem – dość szybką degradacją perowskitu w warunkach atmosferycznych, dlatego poszukuje się sposobów rozwiązania tego problemu.

Pasywacja jest prostym, ale bardzo skutecznym sposobem na poprawę stabilności perowskitowych ogniw słonecznych i jest obecnie uważana za główną metodę eliminowania wad materiałów perowskitowych i ich negatywnych skutków. Pasywowana powierzchnia perowskitu staje się bardziej odporna na wpływy środowiska, takie jak temperatura czy wilgotność, oraz stabilniejsza, wydłużając żywotność urządzenia.

Materiały opracowane przez KTU zostały wykorzystane w mini modułach fotowoltaicznych

Grupa chemików z Kowieńskiego Uniwersytetu Technologicznego (KTU) wraz z naukowcami z ośrodków naukowych w Chinach, Włoszech, Litwie, Szwajcarii i Luksemburgu znacząco poprawiła stabilność perowskitowych ogniw słonecznych metodą pasywacji. Poprzez pasywację powierzchnia perowskitu staje się chemicznie nieaktywna, skutecznie eliminując defekty perowskitu występujące podczas produkcji. Powierzchnia warstwy perowskitu rekordowych mini modułów fotowoltaicznych została pokryta materiałami opracowanymi przez chemików z KTU.

„Pasywacja była stosowana w przeszłości, ale do tej pory dwuwymiarowa (2D) warstwa perowskitu utworzyła się na tradycyjnym trójwymiarowym (3D) pochłaniaczu światła perowskitu, co utrudnia przemieszczanie się nośników, szczególnie w wyższych temperaturach. Bardzo ważne jest, aby tego uniknąć, bo ogniwa słoneczne bardzo się nagrzewają – wyjaśnia jeden z autorów wynalazku, główny badacz KTU, dr. Pisma Caspara.

Aby rozwiązać ten problem, międzynarodowy zespół naukowców przeprowadził badanie, w którym oszacowano minimalną energię wymaganą do wytworzenia perowskitów 2D. Powierzchnię warstwy perowskitu 3D pasywowano różnymi izomerami jodku fenylenodietyloamoniowego zsyntetyzowanymi przez KTU, które mają te same wzory cząsteczkowe, ale różne atomy w przestrzeni, co determinuje możliwość powstania perowskitu 2D.

„Badanie okazało się bardzo skuteczne w unikaniu negatywnych skutków pasywacji ogniw słonecznych. Stwierdzono, że najskuteczniejsza pasywacja charakteryzuje się izomerem, w którym centra pasywacji znajdują się najbliżej siebie. tworzenie perowskitów 2D z powodu zakłóceń przestrzennych. Co ciekawe, zakłócenia przestrzenne są również wykorzystywane w innych dziedzinach jako narzędzie do zapobiegania niekorzystnym skutkom lub ich spowalniania” – mówi naukowiec z KTU.

Nazwiska litewskie w prestiżowej publikacji naukowej

Artykuł naukowy, w którym publikowane są wyniki badań, ukazał się w jednym z najbardziej prestiżowych czasopism naukowych na świecie.”Komunikacja przyrodnicza“.

Obecnie naukowcy z KTU współpracują z kolegami z zagranicy w celu opracowania funkcjonalnych materiałów transportujących dziury i nowatorskich kompozycji perowskitu. „Szczególnie ważna jest współpraca międzynarodowa w dziedzinie naukowej, nie da się objąć wszystkich dziedzin pracujących w tak interdyscyplinarnej dziedzinie, gdzie wymagana jest wiedza z chemii, fizyki i materiałoznawstwa” – mówi K. Rakštys, absolwent KTU z doktoratem w Szwajcarii. .staż w Australii i obecnie ponownie pracuje w KTU.

„Po ponad 6 latach spędzonych w prestiżowych zagranicznych instytucjach badawczych zdecydowałem, że będę mógł realizować swoje pomysły naukowe na Litwie i tym samym przyczynić się do pomyślnego rozwoju i popularyzacji nauki litewskiej. Wierzę, że praca we własnym kraju może wnieść więcej sensu, inspiracji i samorealizacji. Do tej decyzji w dużej mierze przyczyniło się wsparcie finansowe udzielone przez Fundację MJJ. »

„Syntetyzujemy, testujemy i staramy się stosować nowe materiały do ​​produkcji bardziej wydajnych i stabilnych ogniw słonecznych. Ten obszar jest bardzo atrakcyjny, ponieważ ogniwa słoneczne perowskitowe są obecnie jedną z najszybciej rozwijających się technologii, a ich pomyślna komercjalizacja może przyczynić się do rozwiązań dotyczących zmian klimatu” – mówi badacz z KTU K. Rakštys.

Nie był to pierwszy wynalazek naukowców z KTU, który przyniósł Litwie rekord świata. Chemicy z KTU wraz z fizykami z Instytutu Badawczego Helmholtz-Zentrum (HZB) w Berlinie poprawili wydajność tandemowych ogniw krzemowo-perowskitowych, która obecnie wynosi 29,8%. Jest światowym rekordem dla tego typu elementu.

Źródło: Cheng Liu, Yi Yang, Caspar Writings, Arup Mahata, Marius Franckevicius, Edoardo Mosconi, Raminta Skackauskaite, Bin Ding, Keith G. Brooks, Onovbaramwen Jennifer Usiobo, Jean-Nicolas Audinot, Hiroyuki Kanda, Simonas Driukas Viukas, Dessan Gabriels Ka , Vytautas Getautis, Filippo De Angelis, Yong Ding, Songyuan Dai, Paul J. Dyson i Mohammad Khaja Nazeeruddin. Dostrajanie strukturalnych izomerów fenylenodiamonowych w celu uzyskania wydajnych i stabilnych perowskitowych ogniw i modułów słonecznych. Nat Common, 12, 6394, (2021).

https://www.nature.com/articles/s41467-021-26754-2