კვლევა აღწერს რომანს სრულიად პეროვსკიტის ტანდემს მზის უჯრედი, რომელსაც აქვს პოტენციალი უზრუნველყოს იაფი და უფრო ეფექტური გზა მზის ენერგიის გამოსაყენებლად ელექტროენერგიის გამომუშავებისთვის
ჩვენი დამოკიდებულება არაგანახლებულ წყაროზე ენერგიის წიაღისეული საწვავი, როგორიცაა ქვანახშირი, ნავთობი, გაზი, უზარმაზარი უარყოფითი გავლენა მოახდინა კაცობრიობასა და გარემოზე. წიაღისეული საწვავის წვა ზრდის სათბურის ეფექტს და იწვევს გლობალურ დათბობას, ანადგურებს ჰაბიტატებს, იწვევს ჰაერის, წყლისა და მიწის დაბინძურებას და გავლენას ახდენს საზოგადოებრივ ჯანმრთელობაზე. გადაუდებელი აუცილებლობაა მდგრადი ტექნოლოგიის შექმნა, რომელიც დაგეხმარებათ ძალა სამყარო იყენებს სუფთა ენერგიას. მზის ენერგია ტექნოლოგია ერთ-ერთი ასეთი მეთოდია, რომელსაც აქვს მზის სინათლე - ენერგიის ყველაზე უხვი განახლებადი წყარო - გამოიყენოს და ელექტრო ენერგიად ან ენერგიად გარდაქმნას. ხელსაყრელი ფაქტორები მზის ენერგიამ ადამიანებისა და გარემოს სარგებლობის თვალსაზრისით მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა გამოყენების ხელშეწყობაში მზის ენერგია.
სილიკონი არის ყველაზე ხშირად გამოყენებული მასალა დასამზადებლად მზის უჯრედებში მზის პანელები რომლებიც დღეს ბაზარზეა ხელმისაწვდომი. ფოტოელექტრული პროცესი მზის უჯრედებს შეუძლიათ მზის შუქი ელექტროენერგიად გარდაქმნას საწვავის დამატებითი გამოყენების გარეშე. სილიკონის დიზაინი და ეფექტურობა მზის პანელები მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა ათწლეულების განმავლობაში წარმოებისა და ტექნოლოგიების მიღწევების გამო. ფოტოელექტრული ეფექტურობა ა მზის უჯრედი განისაზღვრება, როგორც ენერგიის ნაწილი, რომელიც არის მზის შუქის სახით და რომელიც შეიძლება გარდაიქმნას ელექტროენერგიად. ფოტოელექტრული ეფექტურობა და საერთო ხარჯები ორი ძირითადი შემზღუდველი ფაქტორია მზის პანელები დღეს.
სილიკონის გარდა მზის უჯრედები, ტანდემი მზის ასევე ხელმისაწვდომია უჯრედები, რომლებშიც გამოიყენება სპეციფიკური უჯრედები, რომლებიც ოპტიმიზებულია მზის სპექტრის ყველა მონაკვეთისთვის, რაც იწვევს საერთო ეფექტურობის გაზრდას. მასალა, რომელსაც პეროვსკიტები ჰქვია, სილიკონზე უკეთესია მზის სინათლისგან მაღალი ენერგიის ცისფერი ფოტონების შთანთქმაში, ანუ მზის სპექტრის სხვა ნაწილზე. პეროვსკიტები პოლიკრისტალური მასალაა (ზოგადად მეთილამონიუმის ტყვიის ტრიჰალიდი (CH3NH3PbX3, სადაც X არის იოდი, ბრომი ან ქლორის ატომი). პეროვსკიტები ადვილად მუშავდება მზის შთამნთქმელ ფენებად. ადრე კვლევებმა აჩვენა სილიციუმის და პეროვსკიტების გაერთიანება მზის უჯრედებში, ანუ სილიკონის უჯრედებზე. ზედა, რომელსაც შეუძლია შთანთქას ყვითელი, წითელი და ახლო ინფრაწითელი ფოტონები პეროვსკის უჯრედებთან ერთად, რითაც თითქმის გაორმაგდება ენერგიის გამომუშავება.
ახალ გამოკვლევაში, რომელიც გამოქვეყნდა მეცნიერება 3 მაისს მკვლევარებმა პირველად შეიმუშავეს ყველა პეროვსკიტის ტანდემი მზის უჯრედები, რომლებიც იძლევა ეფექტურობას 25 პროცენტამდე. ამ მასალას ეწოდება ტყვიის კალის შერეული დაბალზოლიანი პეროვსკიტის ფილა ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA ფორმამიდინიუმისთვის და MA მეთილამონიუმისთვის). თუნუქის ნაკლი აქვს, რომ რეაგირებს ჰაერიდან ჟანგბადთან, რაც ქმნის დეფექტებს კრისტალურ გისოსებში, რამაც შეიძლება ხელი შეუშალოს ელექტრული მუხტის მოძრაობას ჰაერში. მზის უჯრედი ამით ზღუდავს უჯრედის ეფექტურობას. მკვლევარებმა აღმოაჩინეს გზა, რათა თავიდან აიცილონ კალის პეროვსკიტის რეაქცია ჟანგბადთან. მათ გამოიყენეს ქიმიური ნაერთი, სახელწოდებით გუანიდინის თიოციანატი, რათა მნიშვნელოვნად გააუმჯობესონ ტყვიის კალის შერეული დაბალი ზოლის პეროვსკიტის ფენების სტრუქტურული და ოპტოელექტრონული თვისებები. ნაერთი გუანიდინის თიოციანატი ფარავს პეროვსკიტის კრისტალებს მზის შთამნთქმელი ფილმი, რაც ხელს უშლის ჟანგბადის შიგნით შესვლას თუნუქის რეაქციაში. ეს პირდაპირ ზრდის მზის ელემენტის ეფექტურობას 18-დან 20 პროცენტამდე. ასევე, როდესაც ეს ახალი მასალა გაერთიანდა ჩვეულებრივ გამოყენებულ მაღალ შთანთქმის ზედა პეროვსკიტის ფენასთან, ეფექტურობა კიდევ გაიზარდა 25 პროცენტამდე.
მიმდინარე კვლევა პირველად აღწერს ტანდემური მზის უჯრედების დიზაინს ყველა პეროვსკიტის თხელი ფენის გამოყენებით და ამ ტექნოლოგიას შეუძლია ერთ დღეს შეცვალოს სილიკონი მზის უჯრედებში. ახალი მასალა არის მაღალი ხარისხის, იაფი და მისი დამზადება უფრო მარტივი, ხოლო ღირებულება დაბალია სილიკონისა და სილიკონ-პეროვსკიტის ტანდემურ უჯრედებთან შედარებით. პეროვსკიტები სილიკონთან შედარებით ხელოვნური მასალაა, ხოლო პეროვსკიტებზე დაფუძნებული მზის პანელები მოქნილი, მსუბუქი და ნახევრად გამჭვირვალეა. მიუხედავად იმისა, რომ ამჟამინდელ მასალას გარკვეული დრო დასჭირდება, რათა გადააჭარბოს სილიკონ-პეროვსკიტის ტექნოლოგიის ეფექტურობას. მიუხედავად ამისა, პეროვსკიტზე დაფუძნებულ პოლიკრისტალურ ფილებს აქვთ მზის ტანდემური უჯრედების დიზაინის პოტენციალი, რომელსაც შეუძლია უზრუნველყოს ეფექტურობა 30 პროცენტამდე, ხოლო სხვა ფაქტორები შეუფერხებლად შეინარჩუნოს. დამატებითი კვლევებია საჭირო იმისათვის, რომ მასალა გახდეს გამძლე, უფრო სტაბილური და ასევე გადამუშავებადი გარემოზე ზემოქმედების შესამცირებლად. მზის ენერგიის სექტორი ერთ-ერთი ყველაზე სწრაფად მზარდია და საბოლოო მიზანი სუფთა ენერგიის პერსპექტიული ალტერნატივის აღმოჩენაა.
***
{შეგიძლიათ წაიკითხოთ ორიგინალური კვლევითი ნაშრომი ციტირებულ წყარო(ებ)ის სიაში ქვემოთ მოცემულ DOI ბმულზე დაწკაპუნებით}
წყარო (ებ) ი
Tong J. და სხვ. Sn-Pb პეროვსკიტებში 2019 წლის გადამზიდავის სიცოცხლის ხანგრძლივობა >1 μs-ია, საშუალებას აძლევს ეფექტურ პეროვსკის ტანდემურ მზის უჯრედებს. მეცნიერება, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
