Ilmuwan menemukan cara yang sangat cepat untuk membuat modul surya perovskit
Energy

Ilmuwan menemukan cara yang sangat cepat untuk membuat modul surya perovskit


Modul surya perovskit yang diproduksi dengan pemrosesan plasma semprot cepat. Laboratorium Stanford Prof. Reinhold Dauskardt telah menunjukkan bahwa modul perovskit dapat diproduksi lebih murah dan empat kali lebih cepat daripada panel silikon konvensional. Kredit: Nick Rolston

Kebanyakan sel surya saat ini dibuat dengan silikon halus yang mengubah sinar matahari menjadi listrik bersih. Sayangnya, proses pemurnian silikon jauh dari kata bersih, membutuhkan energi dalam jumlah besar dari pembangkit listrik yang mengeluarkan karbon.

Untuk alternatif yang lebih ramah lingkungan dari silikon, para peneliti berfokus pada perovskit film tipis — sel surya fleksibel berbiaya rendah yang dapat diproduksi dengan energi minimal dan hampir tanpa CO2 emisi.

Sementara sel surya perovskit menjanjikan, tantangan signifikan perlu diatasi sebelum menjadi hal yang biasa, paling tidak adalah ketidakstabilan yang melekat, yang membuat pembuatannya dalam skala besar menjadi sulit.

“Teknologi surya Perovskite berada di persimpangan antara komersialisasi dan flimflammery,” kata pakar pascadoktoral Stanford University, Nick Rolston. “Jutaan dolar dikucurkan untuk perusahaan rintisan. Tetapi saya sangat yakin bahwa dalam tiga tahun ke depan, jika tidak ada terobosan yang memperpanjang masa hidup sel, uang itu akan mulai mengering.”

Itulah mengapa proses pembuatan perovskit baru yang dikembangkan di Stanford sangat menarik, kata Rolston. Dalam sebuah studi baru, yang diterbitkan dalam jurnal edisi 25 November Joule, ia dan rekan-rekannya mendemonstrasikan cara yang sangat cepat untuk menghasilkan sel perovskit yang stabil dan merakitnya menjadi modul surya yang dapat memberi daya pada perangkat, bangunan, dan bahkan jaringan listrik.

“Pekerjaan ini memberikan tonggak baru untuk pembuatan perovskit,” kata penulis senior studi Reinhold Dauskardt, Profesor Ruth G. dan William K. Bowes di Sekolah Teknik Stanford. “Ini menyelesaikan beberapa hambatan paling tangguh untuk manufaktur skala modul yang telah dihadapi masyarakat selama bertahun-tahun.”

Sampel seukuran kuku

Sel surya perovskit adalah lapisan tipis kristal sintetis yang terbuat dari bahan kimia yang murah dan melimpah seperti yodium, karbon, dan timbal.

Sel film tipis ringan, dapat ditekuk dan dapat ditanam di laboratorium terbuka pada suhu di dekat titik didih air, jauh dari tungku 3.000 derajat Fahrenheit (1.650 derajat Celsius) yang diperlukan untuk memperbaiki silikon industri.

Para ilmuwan telah mengembangkan sel perovskit yang mengubah 25 persen sinar matahari menjadi listrik, efisiensi konversi yang sebanding dengan silikon. Tapi sel eksperimental ini tidak mungkin dipasang di atap dalam waktu dekat.

“Sebagian besar pekerjaan yang dilakukan pada perovskit melibatkan area yang sangat kecil dari sel surya aktif yang dapat digunakan. Mereka biasanya sebagian kecil dari ukuran kuku jari kelingking Anda,” kata Rolston, yang ikut memimpin penelitian dengan William Scheideler, mantan sarjana postdoctoral Stanford. sekarang menjadi asisten profesor di Dartmouth College.

Upaya untuk membuat sel yang lebih besar telah menghasilkan cacat dan lubang kecil yang secara signifikan menurunkan efisiensi sel. Dan tidak seperti sel silikon kaku, yang bertahan 20 sampai 30 tahun, perovskit film tipis akhirnya menurun saat terkena panas dan kelembaban.

“Anda bisa membuat perangkat demonstrasi kecil di lab,” kata Dauskardt. “Tetapi pemrosesan perovskit konvensional tidak dapat diskalakan untuk pembuatan yang cepat dan efisien.”

Ilmuwan Stanford mendemonstrasikan perangkat robotik yang memproduksi sel surya perovskite dengan kecepatan 40 kaki per menit. Prosesor cepat rekor menggunakan dua nozel untuk membuat film tipis perovskit fotovoltaik. Satu nosel menyemprotkan larutan kimia ke panel kaca, sementara yang lain melepaskan semburan gas atau plasma terionisasi yang sangat reaktif. Perangkat yang dipatenkan ditemukan oleh Prof. Reinhold Dauskardt dan rekannya di Stanford Engineering. Kredit: Nick Rolston dan Mark Shwartz

Prosesor pengatur rekaman

Untuk mengatasi tantangan produksi skala besar, tim Dauskardt menggunakan teknologi paten yang baru-baru ini mereka temukan yang disebut pemrosesan plasma semprot cepat.

Teknologi ini menggunakan perangkat robotik dengan dua nozel untuk menghasilkan film tipis perovskit dengan cepat. Satu nosel melapisi larutan cair prekursor kimia perovskit ke panel kaca, sementara yang lain melepaskan semburan gas terionisasi yang sangat reaktif yang dikenal sebagai plasma.

“Pemrosesan konvensional mengharuskan Anda memanggang larutan perovskit selama sekitar setengah jam,” kata Rolston. “Inovasi kami adalah menggunakan sumber energi tinggi plasma untuk dengan cepat mengubah cairan perovskit menjadi sel surya film tipis dalam satu langkah.”

Dengan menggunakan proses penyemprotan cepat, tim Stanford mampu menghasilkan 40 kaki (12 meter) film perovskit per menit — sekitar empat kali lebih cepat daripada yang diperlukan untuk membuat sel silikon.

“Kami mencapai throughput tertinggi dari semua teknologi surya,” kata Rolston. “Bisa dibayangkan panel kaca besar ditempatkan pada roller dan terus menerus memproduksi lapisan perovskite dengan kecepatan yang belum pernah dicapai sebelumnya.”

Selain rekor laju produksi, sel-sel perovskit yang baru dicetak mencapai efisiensi konversi daya sebesar 18 persen.

“Kami ingin membuat proses ini dapat diterapkan dan berguna seluas mungkin,” kata Rolston. “Sistem perawatan plasma mungkin terdengar mewah, tetapi itu adalah sesuatu yang dapat Anda beli secara komersial dengan biaya yang sangat wajar.”

Tim Stanford memperkirakan bahwa modul perovskit mereka dapat diproduksi dengan harga sekitar 25 sen per kaki persegi — jauh lebih murah daripada $ 2,50 atau lebih per kaki persegi yang diperlukan untuk menghasilkan modul silikon biasa.

Modul surya

Sel surya silikon biasanya dihubungkan bersama dalam modul yang dienkapsulasi untuk meningkatkan output daya dan menahan kondisi cuaca yang keras. Pabrikan Perovskite pada akhirnya harus membangun modul yang stabil dan efisien agar layak secara komersial.

Untuk itu, tim Stanford berhasil membuat modul perovskit yang terus beroperasi dengan efisiensi 15,5 persen bahkan setelah ditinggalkan di rak selama lima bulan.

Modul silikon konvensional menghasilkan listrik dengan biaya sekitar 5 sen per kilowatt-jam. Untuk bersaing dengan silikon, modul perovskit harus dikemas dalam lapisan tahan cuaca yang menjaga kelembaban setidaknya selama satu dekade. Tim peneliti sekarang sedang menjajaki teknologi enkapsulasi baru dan cara lain untuk meningkatkan daya tahan secara signifikan.

“Jika kita bisa membangun modul perovskit yang tahan 30 tahun, kita bisa menurunkan biaya listrik di bawah 2 sen per kilowatt-jam,” kata Rolston. “Dengan harga itu, kami bisa menggunakan perovskit untuk produksi energi skala utilitas. Misalnya, pembangkit tenaga surya 100 megawatt.”


Produksi perovskit surya terus berlanjut


Informasi lebih lanjut:
Joule (2020). DOI: 10.1016 / j.cub.2020.11.035

Informasi jurnal:
Joule

Disediakan oleh Universitas Stanford

Kutipan: Ilmuwan menemukan cara yang sangat cepat untuk membuat modul surya perovskite (2020, 25 November), diakses 27 November 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-11-scientists-ultrafast-perovskite-solar-modules.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HK