Study describes a novel all-perovskite tandem Solar- cell which has the potential to provide inexpensive and more efficient way to harness Sun’s energy to generate electrical power
Unsere Abhängigkeit von nicht erneuerbaren Quellen von Energie fossile Brennstoffe wie Kohle, Öl, Gas haben enorme negative Auswirkungen auf Mensch und Umwelt. Die Verbrennung fossiler Brennstoffe trägt zum Treibhauseffekt bei und verursacht eine globale Erwärmung, zerstört Lebensräume, verursacht Luft-, Wasser- und Bodenverschmutzung und beeinträchtigt die öffentliche Gesundheit. Es besteht dringender Bedarf, nachhaltige Technologien zu entwickeln, die dazu beitragen können, Werkzeuge die Welt mit sauberer Energie. Sauberer Strom technology is one such method which has the capability to harness Sun’s light – the most abundant renewable source of energy – and convert it into electrical energy or power. The advantageous factors of Solar- energy in terms of benefitting humans and environment have played a key role in promoting use of Solar- Energie.
Silizium ist das am häufigsten verwendete Material zur Herstellung Solar- Zellen in Sonnenkollektoren that are available in the market today. The photovoltaic process of Solar- cells can transform sunlight into electricity without additional use of any fuel. Design and efficiency of silicon Solar- panels has significantly improved over decades due to advancements in manufacturing and technology. The photovoltaic efficiency of a Solar- cell is defined as the portion of the energy which is in the form of sunlight and which can be converted into electricity. Photovoltaic efficiency and overall costs are the two main limiting factors in Solar- panels today.
Apart from silicon Solar- cells, tandem Solar- cells are also available in which specific cells are used which are optimized for every section of the Sun’s spectrum thereby leading to increase in overall efficiency. A material called perovskites is considered better than silicon in absorbing high-energy blue photons from sunlight i.e. another part of the Sun’s spectrum. Perovskites are polycrystalline material (generally methylammonium lead trihalide (CH3NH3PbX3, where X is iodine, bromine or chlorine atom). Perovskites are easy to process into sunlight-absorbing layers. Earlier studies have combined silicon and perovskites into solar cells i.e. having silicon cells on the top which can absorb yellow, red and near infrared photons along with perovskite cells thus almost doubling the production of power.
In einer neuen Studie veröffentlicht in Wissenschaft on May 3 researchers have for the first time developed all perovskites tandem solar cells which give efficiency of up to 25 percent. This material is called lead-tin mixed low-band gap perovskite film ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA for formamidinium and MA for methylammonium). Tin has the disadvantage of reacting with oxygen from air creating defects in the crystalline lattice which can disrupt movement of electrical charge in the Solar- cell thereby limiting cell’s efficiency. Researchers found a way to prevent tin in perovskite from reacting with oxygen. They used a chemical compound called guanidinium thiocyanate to significantly improve structural and optoelectronic properties of lead-tin mixed low-band gap perovskite films. The compound guanidinium thiocyanate coats perovskite crystallites in the Solar- absorbing film thus preventing oxygen from going inside to react with tin. This straightaway enhances efficiency of the solar cell from 18 to 20 percent. Also, when this new material was combined with conventionally used high-absorbing top perovskite layer, the efficiency further increased to 25 percent.
Die aktuelle Studie beschreibt erstmals das Design von Tandemsolarzellen unter Verwendung aller Perowskit-Dünnschichten und diese Technologie könnte eines Tages Silizium in Solarzellen ersetzen. Das neue Material ist von hoher Qualität, kostengünstig und einfacher herzustellen, während die Kosten im Vergleich zu Silizium- und Silizium-Perowskit-Tandemzellen niedrig sind. Perowskite sind im Vergleich zu Silizium künstlich hergestelltes Material, und auf Perowskiten basierende Solarmodule sind flexibel, leicht und halbtransparent. Obwohl das aktuelle Material einige Zeit brauchen wird, um die Effizienz der Silizium-Perowskit-Technologie zu übertreffen. Dennoch haben polykristalline Schichten auf Perowskitbasis das Potenzial, Tandemsolarzellen zu entwickeln, die einen Wirkungsgrad von bis zu 30 Prozent erreichen können, während andere Faktoren ungehindert bleiben. Weitere Studien sind erforderlich, um das Material robuster, stabiler und auch recycelbar zu machen, um die Umweltbelastung zu reduzieren. Der Solarenergiesektor ist einer der am schnellsten wachsenden und das ultimative Ziel ist es, eine vielversprechende Alternative für saubere Energie zu entdecken.
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Quelle (n)
Tong J. et al. 2019 Trägerlebensdauern von >1 μs in Sn-Pb-Perowskiten ermöglichen effiziente Vollperowskit-Tandemsolarzellen. Wissenschaft, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
