Теперь группа исследователей в Университете Брауна и Университете Небраски – Линкольн (UNL) придумала новый основанный на титане материал для того, чтобы сделать не содержащие свинца, неорганические солнечные батареи перовскита. В работе, опубликованной в журнале Joule (новый сосредоточенный на энергии родственный журнал к Клетке), исследователи показывают, что материал может быть хорошим кандидатом, специально для создания тандемных солнечных батарей – меры, в которых перовскит клетки помещены сверху кремния или другого установленного материала, чтобы повысить полную эффективность.«Титан – богатый, прочный и биологически совместимый элемент, который, до сих пор, был в основном пропущен в исследовании перовскита», сказал ведущий автор новой бумаги, Nitin Padture, Профессора университета Отиса Э. Рэндалла в Школе Брауна Разработки и директора Института Молекулярных и Наноразмерных Инноваций. «Мы показали, что возможно использовать основанный на титане материал, чтобы сделать перовскиты тонкой пленки и что у материала есть благоприятные свойства для солнечных заявлений, которые могут быть настроены».Интерес к перовскитам, классу материалов с конкретной прозрачной структурой, для экологически чистой энергии появился в 2009, когда они, как показывали, были в состоянии преобразовать солнечный свет в электричество.
У первых солнечных батарей перовскита была конверсионная эффективность только приблизительно 4 процентов, но это быстро взлетело приблизительно к 23 процентам, который конкуренты традиционные кремниевые клетки. И перовскиты предлагают некоторые интригующие преимущества. Они потенциально более дешевые, чтобы сделать, чем кремниевые клетки, и они могут быть частично прозрачными, позволив новые технологии как окна, которые производят электричество.
«Один из больших толчков в исследовании перовскита должен убежать от свинцовых материалов и найти новые материалы, которые нетоксичны и более стабильны», сказал Пэдтьюр. «Используя компьютерные моделирования, наши сотрудники теоретика в UNL предсказали, что класс перовскитов с цезием, титаном и компонентом галогена (бром или/и йод) был хорошим кандидатом. Следующий шаг должен был на самом деле сделать солнечную батарею, используя тот материал и проверить его свойства, и это – то, что мы сделали здесь».Команда сделала полупрозрачные фильмы перовскита, у которых была запрещенная зона – мера энергетического уровня фотонов, которые материал может поглотить – 1,8 электрон-вольт, который считается идеальным для тандема солнечные заявления. У материала была конверсионная эффективность 3,3 процентов, которая является значительно ниже той из свинцовых клеток, но хорошее начало для совершенно нового материала, говорят исследователи.
«Есть большая разработка, которую Вы можете сделать, чтобы повысить эффективность», Юаньюань Чжоу, доцент (исследование) разработки в Брауне и исследования создает в соавторстве. «Мы думаем, что у этого материала есть много комнаты, чтобы улучшиться».Мин Чен, аспирант материаловедения в Брауне и первом авторе статьи, использовал высокотемпературный метод испарения, чтобы подготовить фильмы, но говорит, что команда исследует альтернативные методы. «Мы также ищем новую низкую температуру и основанные на растворителе методы, чтобы уменьшить потенциальную стоимость фальсификации клетки», сказал он.Исследование показало, что у материала есть несколько преимуществ перед другими не содержащими свинца альтернативами перовскита.
Один претендент на не содержащий свинца перовскит – материал, сделанный в основном из олова, которое ржавеет легко, когда выставлено окружающей среде. Титан, под рукой, нержавеющий.
У перовскита титана также есть напряжение разомкнутой цепи – мера общего напряжения, доступного от солнечной батареи – более чем одного В. Другие не содержащие свинца перовскиты обычно производят напряжение, меньшее, чем 0,6 В.«Напряжение разомкнутой цепи – ключевая собственность, которую мы можем использовать, чтобы оценить потенциал материала солнечной батареи», сказал Пэдтьюр. «Так, наличие такой высокой стоимости в начале очень перспективно».Исследователи говорят, что относительно большая запрещенная зона материала по сравнению с кремнием делает его главным кандидатом, чтобы служить верхним слоем в тандемной солнечной батарее. Верхний слой перовскита титана поглотил бы фотоны более высокой энергии от солнца, которое более низкий кремниевый слой не может поглотить из-за его меньшей запрещенной зоны. Между тем более низкие энергетические фотоны прошли бы через полупрозрачный верхний слой, который будет поглощен кремнием, таким образом увеличивая общую поглотительную способность клетки.
«Тандемные клетки – низко висящий плод когда дело доходит до перовскитов», сказал Пэдтьюр. «Мы не надеемся заменять существующую кремниевую технологию просто все же, но вместо этого мы надеемся повышать ее. Таким образом, если Вы можете сделать не содержащую свинца тандемную клетку, это стабильно, тогда это – победитель.
Этот новый материал похож на хорошего кандидата».Другие соавторы на бумаге были Ming-бандой Джу, Александр Карл, Инся Цзун, Рональд Гримм, Цзяцзюнь Гу и Сяо Чэн Цзэн.
Исследование было поддержано Национальным научным фондом (ОЙЯ 1538893, DMR-1420645).