Para ilmuwan mengembangkan modul surya perovskit dengan ukuran, daya, dan stabilitas yang lebih besar
Semiconductor

Para ilmuwan mengembangkan modul surya perovskit dengan ukuran, daya, dan stabilitas yang lebih besar


Perangkat sel surya perovskit membutuhkan banyak lapisan agar berfungsi. Lapisan perovskit aktif menyerap sinar matahari dan menghasilkan pembawa muatan. Lapisan transpor mengangkut pembawa muatan ke elektroda, melepaskan arus. Lapisan perovskit aktif terbentuk dari banyak butiran kristal. Batas antara butiran ini, dan cacat lain pada film perovskit, seperti lubang kecil, menurunkan efisiensi dan umur perangkat surya. Kredit: OIST

Para peneliti dari Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) telah menciptakan modul surya perovskite dengan stabilitas dan efisiensi yang lebih baik dengan menggunakan teknik fabrikasi baru yang mengurangi cacat. Temuan mereka dipublikasikan pada tanggal 25 Januari di Bahan Energi Lanjut.

Perovskit adalah salah satu bahan paling menjanjikan untuk teknologi surya generasi berikutnya, melonjak dari efisiensi 3,8% menjadi 25,5% dalam waktu sedikit lebih dari satu dekade. Sel surya perovskit murah untuk diproduksi dan berpotensi fleksibel, sehingga meningkatkan keserbagunaannya. Namun dua kendala masih menghalangi jalan menuju komersialisasi: kurangnya stabilitas jangka panjang dan kesulitan dalam peningkatan skala.

“Bahan perovskit rapuh dan rentan terhadap pembusukan, yang berarti sel surya berjuang untuk mempertahankan efisiensi tinggi dalam waktu lama,” kata penulis pertama Dr. Guoqing Tong, seorang sarjana postdoctoral di Unit Bahan Energi dan Ilmu Permukaan OIST, yang dipimpin oleh Profesor Yabing Qi. “Dan meskipun sel surya perovskit berukuran kecil memiliki efisiensi tinggi dan bekerja hampir sebaik silikon, setelah ditingkatkan ke modul surya yang lebih besar, efisiensinya menurun.”

Dalam perangkat tenaga surya fungsional, lapisan perovskit terletak di tengah, diapit di antara dua lapisan transpor dan dua elektroda. Karena lapisan perovskit aktif menyerap sinar matahari, ia menghasilkan pembawa muatan yang kemudian mengalir ke elektroda melalui lapisan transpor dan menghasilkan arus.

Para ilmuwan mengembangkan modul surya perovskit dengan ukuran, daya, dan stabilitas yang lebih besar

Dengan menambahkan amonium klorida, film perovskit yang dihasilkan memiliki lebih sedikit butir dengan ukuran yang jauh lebih besar, mengurangi jumlah batas butir. Kredit: OIST

Namun, lubang kecil di lapisan perovskit dan cacat pada batas antara butir perovskit individu dapat mengganggu aliran pembawa muatan dari lapisan perovskit ke lapisan transportasi, sehingga mengurangi efisiensi. Kelembaban dan oksigen juga dapat mulai merusak lapisan perovskit di lokasi cacat ini, memperpendek masa pakai perangkat.

“Peningkatan skala menantang karena seiring bertambahnya ukuran modul, lebih sulit untuk menghasilkan lapisan perovskit yang seragam, dan cacat ini menjadi lebih jelas,” jelas Dr. Tong. “Kami ingin menemukan cara untuk membuat modul besar yang mengatasi masalah ini.”

Saat ini, sebagian besar sel surya yang diproduksi memiliki lapisan perovskit yang tipis — dengan ketebalan hanya 500 nanometer. Secara teori, lapisan perovskit yang tipis meningkatkan efisiensi, karena pembawa muatan memiliki jarak yang lebih sedikit untuk melakukan perjalanan untuk mencapai lapisan pengangkut di atas dan di bawah. Tetapi ketika membuat modul yang lebih besar, para peneliti menemukan bahwa film tipis sering kali menghasilkan lebih banyak cacat dan lubang kecil.

Oleh karena itu para peneliti memilih untuk membuat 5 x 5 cm2 dan 10 x 10 cm2 modul surya yang berisi film perovskit dengan ketebalan dua kali lipat.

Ilmuwan dari Unit Bahan Energi dan Ilmu Permukaan OIST memamerkan modul surya perovskite yang sedang beraksi, menyalakan kipas angin dan mobil mainan. Kredit: OIST

Namun, membuat film perovskit yang lebih tebal memiliki tantangan tersendiri. Perovskit adalah kelas bahan yang biasanya dibentuk dengan mereaksikan banyak senyawa bersama-sama sebagai larutan dan kemudian memungkinkannya untuk mengkristal.

Namun, para ilmuwan berjuang untuk melarutkan konsentrasi yodium timbal yang cukup tinggi — salah satu bahan prekursor yang digunakan untuk membentuk perovskit — yang dibutuhkan untuk film yang lebih tebal. Mereka juga menemukan bahwa langkah kristalisasi cepat dan tidak terkendali, sehingga film tebal mengandung banyak butiran kecil, dengan lebih banyak batas butir.

Oleh karena itu, para peneliti menambahkan amonium klorida untuk meningkatkan kelarutan yodium timbal. Hal ini juga memungkinkan timbal yodium lebih larut dalam pelarut organik, menghasilkan film perovskit yang lebih seragam dengan butiran yang jauh lebih besar dan cacat yang lebih sedikit. Amonia kemudian dihilangkan dari larutan perovskit, menurunkan tingkat pengotor di dalam film perovskit.

Secara keseluruhan, modul surya berukuran 5 x 5 cm2 menunjukkan efisiensi 14,55%, naik dari 13,06% dalam modul yang dibuat tanpa amonium klorida, dan mampu bekerja selama 1600 jam — lebih dari dua bulan — dengan lebih dari 80% efisiensi ini.

Para ilmuwan mengembangkan modul surya perovskit dengan ukuran, daya, dan stabilitas yang lebih besar

Para peneliti membuat modul surya berukuran 5×5 cm2 dan 10×10 cm2 – jauh lebih besar dari 1,5 x 1,5 cm2 yang biasanya dibuat di laboratorium, tetapi lebih kecil dari panel surya komersial. Kredit: OIST

Yang lebih besar 10 x 10 cm2 modul memiliki efisiensi 10,25% dan tetap pada tingkat efisiensi tinggi selama lebih dari 1100 jam, atau hampir 46 hari.

“Ini adalah pertama kalinya pengukuran umur telah dilaporkan untuk modul surya perovskit sebesar ini, yang sangat menarik,” kata Dr. Tong.

Pekerjaan ini didukung oleh Program Bukti Konsep Pengembangan Teknologi dan Inovasi OIST. Hasil ini merupakan langkah maju yang menjanjikan dalam upaya untuk menghasilkan modul surya berukuran komersial dengan efisiensi dan stabilitas agar sesuai dengan silikon.

Pada tahap penelitian selanjutnya, tim berencana untuk mengoptimalkan teknik mereka lebih lanjut dengan membuat modul surya perovskit menggunakan metode berbasis uap, daripada menggunakan larutan, dan sekarang mencoba untuk menskalakan hingga 15 x 15 cm.2 modul.

Mulai dari sel surya seukuran lab menjadi 5 x 5 cm2 modul surya sulit. Melompat ke modul surya berukuran 10 x 10 cm2 bahkan lebih sulit. Dan akan menjadi 15 x 15 cm2Modul surya akan lebih sulit lagi, “kata Dr. Tong.” Tapi tim menunggu tantangan. ”


Lapisan organik yang bebas dopan dan stabil terhadap kelembapan menghasilkan sel surya perovskit dengan efisiensi 21%


Informasi lebih lanjut:
Guoqing Tong et al, Fabrikasi Skalabel Modul Surya Perovskit> 90 cm 2 dengan Stabilitas Operasional> 1000 jam Berdasarkan Strategi Fase Menengah, Bahan Energi Lanjut (2021). DOI: 10.1002 / aenm.202003712

Disediakan oleh Institut Sains dan Teknologi Okinawa

Kutipan: Ilmuwan mengembangkan modul surya perovskite dengan ukuran, daya, dan stabilitas yang lebih besar (2021, 27 Januari), diakses 27 Januari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-01-scientists-perovskite-solar-modules-greater.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 : http://54.248.59.145/