Солнечные батареи из перовскита: квантовые точки и исключительная эффективность

Кандидат в президенты США Хиллари Клинтон, вероятно говорила не про новое поколение  солнечных батареи из перовскита , когда озвучила план про обустройство и запуск полумиллиарда солнечных батарей  в США вовремя первого срока на посту президента. Однако, технологии с использованием перовскита развиваются быстро, и, похоже, что сравнительно низкая стоимость, легкий  процес синтеза сэтого материала может способствовать тому что многие  из этих новых панелей будут созданы на его основе.

 «График эффективности растет быстрее, чем почти все, что исследователи уже видели раньше» — говорят про перовскит в  Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии(National Renewable Energy Laboratory).

Исследовательская группа  NREL,  впервые  использовала квантовые точки чтобы произвести  солнечные батареи из перовскита.

Квантовые точки представляют собой крошечные частицы материи — настолько маленькие, что можно подсчитать количество атомов, составляющих их.

Одно из их определений:

Квантовыми точками являются наноразмерные частицы полупроводниковых материалов. Они заработали прозвище «искусственные атомы», потому что их электронные свойства могут быть точно заданы, по этому их поведение демонстрирует уникальное свойтва — сбор солнечной энергии или наооборот испускания света ...

Люминесцентные свойства квантовых точек начинают привлекать к себе внимание в медицинской сфере и в электронной промышленности. Эта фотография исследовательской группы иллюстрирует  свойства квантовых точек в растворе:





В солнечных батареях, квантовые точки необходимы для повышения эффективности (это еще один пример).

Одно из преимуществ квантовых точек является то, что они могут быть изготовлены в большом объеме. Их получают в результате химических реакций, и не используются апараты или другие устройства. Это означает, что есть большой потенциал для низкой стоимости, высоких объемов производства.

Команда NREL сделал квантовые точки из йодида цезия и свинца (CsPbI3), химию процесса можно описать:

Нанокристаллы CsPbI3 были синтезированы путем добавления Cs-олеат раствора в колбу, содержащую  PbI2. Исследователи NREL очищают нанокристаллы с использованием метилацетата в качестве анти-растворителя, который удаляют избыток непрореагировавших веществ.

Процесс очистки добавили функцию бонус за счет повышения стабильности квантовых точек:

Также были найдены нанокристаллы которые являются стабильными не только при высоких температурах, но и при комнатной температуре и при температуре в сотни градусов ниже нуля.

Это является  существенным достижением. В объемном виде CsPbI3 не достаточно стабилен для использования в солнечной батарее при комнатной температуре. Но с использованием квантовых точек из CsPbI3, следующим шагом  является  процесс формирования их в тонкую пленку с толщиной 100-400 нм.

В результате был создан солнечный элемент с КПД преобразования 10,77% .

 Эффективность преобразования солнечной энергии в 10% не впечатляет. Тем не менее, возвращаясь к полумиллиарду солнечных батарей, идея заключается в том, чтобы соорудить огромное количество солнечных батарей в течение относительно короткого промежутка времени, и в этом случае КПД солнечных панелей не обязательно должно быть очень высоким.

Солнечные панели могут быть слишком дорогими, или производственный процесс будет слишком сложным и медленным, или могут возникнуть вопросы с логистикой.

Идея же  NREL,  в том чтобы получить относительно много, дешового материала, который может быть использован в процессе производства солнечных батарей в больших объемах.

Однако у исследователей остается проблема токсичности свинца. Ее можно решить с помощью контроля за этим материалом во всем жизненном цикле или использывать этот материал на ограниченной и закрытой территории.

Однако в настоящее время, исследователи работают на  бессвинцовой технологией производства солнечных батарей из перовскита, так что следите за этим. опубликовано  

 

Источник: cleantechnica.com/2016/10/11/a-first-for-perovskite-solar-cells-quantum-dots-exceptional-efficiency/