Noi materiale ar putea permite realizarea de celule solare mai ieftine

Datorită unor noi materiale fabricate la Imperial College London, în curând ar putea fi realizate celule solare mai ieftine și mai ușor de produs.

Celulele solare tradiționale sunt fabricate din siliciu, care are o eficiență și stabilitate bune, dar este relativ scump de făcut și poate fi fabricat doar în panouri rigide.

Însă aceste celule solare mai ieftine sunt realizate din perovskit oferă o alternativă interesantă; pot fi imprimate din cerneluri, ceea ce le face să aibă costuri reduse, și sunt de înaltă eficiență, subțiri, ușoare și flexibile.

Cu toate acestea, au rămas în urma celulelor solare cu siliciu în ceea ce privește eficiența și, cel mai important, stabilitatea, defectându-se în condiții normale de mediu, scrie Tech Xplore.

Celule solare mai ieftine, folosind ferocen

Noile materiale care conțin un metal numit ferocen ar putea rezolva aceste probleme. Cercetătorii de la Universitatea City din Hong Kong (CityU) au adăugat materiale cu ferocen fabricate la Imperial College în celulele solare cu perovskit, îmbunătățindu-le considerabil eficiența și stabilitatea.

Rezultatele au fost publicate în revista Science.

„Celulele de siliciu sunt eficiente, dar scumpe și avem nevoie urgentă de noi dispozitive de energie solară pentru a accelera tranziția către energia regenerabilă”, a declarat profesorul Nicholas Long, coautor principal al studiului, de la Departamentul de Chimie al Imperial College London.

„Celulele perovskite stabile și eficiente ar putea permite în cele din urmă ca energia solară să fie utilizată în mai multe aplicații, de la alimentarea lumii în curs de dezvoltare până la încărcarea unei noi generații de dispozitive portabile”, a adăugat el.

O colaborare întâmplătoare

„Colaborarea noastră cu colegii din Hong Kong a fost minunat de întâmplătoare, apărută după ce am avut o prezentare despre noi compuși feroceni și l-am întâlnit pe Dr. Zonglong Zhu de la CityU, care mi-a cerut să trimit câteva mostre”, povestește Long.

„În câteva luni, echipa CityU ne-a spus că rezultatele au fost interesante și ne-au cerut să trimitem mai multe mostre, pornind de la un program de cercetare care a dus la dispozitive perovskite care sunt mai eficiente, dar și mai stabile”, a continuat profesorul.

Cum va duce ferocenul la celule solare mai ieftine?

Perovskitul formează stratul de „recoltare a luminii” al dispozitivelor cu celule solare. Cu toate acestea, aceste dispozitive au fost mai puțin eficiente în transformarea energiei solare în energie electrică decât celulele solare pe bază de siliciu, în primul rând pentru că electronii sunt mai puțin „mobili”, adică sunt mai puțin capabili să se deplaseze de la stratul de recoltare la straturile de conversie a energiei electrice.

Ferocenii sunt compuși cu fier în centrul lor, înconjurați de inele de carbon ca într-un sandvici. Structura unică a ferocenului a fost recunoscută pentru prima dată de către profesorul Geoffrey Wilkinson, de la Imperial, câștigător al Premiului Nobel în 1952, iar ferocenii sunt încă cercetați în întreaga lume pentru proprietățile lor unice.

O proprietate pe care o oferă structura lor este bogăția excelentă de electroni, care în acest caz le permite acestora să se deplaseze mai ușor din stratul de perovskit către celelalte straturi, îmbunătățind eficiența conversiei energiei solare în electricitate.

Testele efectuate de echipa CityU și în laboratoarele comerciale arată că eficiența dispozitivelor perovskite cu un strat de ferocen adăugat poate ajunge la 25%, apropiindu-se de eficiența celulelor tradiționale de siliciu.

O singură soluție pentru două probleme

Dar aceasta nu este singura problemă pe care au rezolvat-o materialele pe bază de ferocen. Echipa de la Imperial a experimentat atașarea diferitelor grupuri chimice la inelele de carbon ale ferocenului și, după ce a trimis echipei din Hong Kong mai multe versiuni ale acestora, realizate de doctoranda Stephanie Sheppard, colaboratorii au descoperit o versiune care îmbunătățește semnificativ atașarea straturilor de perovskit la restul dispozitivului.

Această putere adăugată a atașamentului a îmbunătățit stabilitatea dispozitivelor, ceea ce înseamnă că acestea și-au menținut mai mult de 98% din eficiența lor inițială după ce au funcționat continuu la putere maximă timp de 1.500 de ore.

Eficiența și stabilitatea dobândite datorită adăugării unui strat de ferocen apropie aceste dispozitive de perovskit de standardele internaționale actuale pentru celulele tradiționale de siliciu.

O celulă solară care a trecut testele internaționale

„Suntem prima echipă care a mărit cu succes eficiența celulei solare perovskite inversate la un nivel record de 25% și a trecut testul de stabilitate stabilit de Comisia Electrotehnică Internațională”, a declarat Dr. Zonglong Zhu, cercetător principal, de la CityU.

Echipa și-a patentat designul și speră să-l licențieze, aducând în cele din urmă dispozitivele lor perovskite pe piață. Între timp, ei experimentează cu diferite modele de ferocen pentru a îmbunătăți și mai mult performanța și stabilitatea dispozitivelor.

Vă recomandăm să citiți și:

Astronauții de pe Marte vor putea produce combustibil în regim autonom. Cum este posibil?

NASA a „holoportat” primii oameni pe Stația Spațială Internațională. Ce este „holoportarea”?

Aplicațiile pancreasului artificial. Ce oferă această tehnologie de domeniul SF?

Cercetătorii lucrează la bacteria ce va produce un medicament pentru Parkinson