Άνθρακας Απεξάρτηση: Φυσικοί στις ΗΠΑ ξεπέρασαν ένα σημαντικό εμπόδιο που στέκεται στον δρόμο για την εμπορική διάθεση των ηλιακών κυψελών που δημιουργούνται με υπεροβσκίτες αλογονιδίων ως φθηνότερη και αποδοτικότερη αντικατάσταση του πυριτίου κατά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον ήλιο. Η έρευνα για την καθαρή ενέργεια που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science, με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Τολέδο σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, το Πανεπιστήμιο του Τορόντο, το Πανεπιστήμιο Northwestern και τα Ελβετικά Ομοσπονδιακά Εργαστήρια Επιστήμης και Τεχνολογίας Υλικών, έλυσε το πρόβλημα με την ανθεκτικότητα των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη, φέρνοντας την τεχνολογία ένα βήμα πιο κοντά στην τροφοδοσία ηλιακών συλλεκτών στην καταναλωτική αγορά. “Τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη προσφέρουν μια οδό για τη μείωση του κόστους της ηλιακής ηλεκτρικής ενέργειας, δεδομένης της υψηλής απόδοσης μετατροπής ισχύος και του χαμηλού κόστους κατασκευής τους”, δήλωσε ο Δρ Yanfa Yan, διακεκριμένος καθηγητής φυσικής του UToledo και μέλος του Φωτοβολταϊκού Κέντρου Καινοτομίας και Εμπορευματοποίησης του UToledo. “Ωστόσο, έπρεπε να ενισχύσουμε την αντοχή της αναδυόμενης τεχνολογίας ηλιακών κυττάρων κατά τη λειτουργία σε εξωτερικούς χώρους”.
Η τεχνολογία πρέπει να επιβιώνει για δεκαετίες σε εξωτερικούς χώρους με κάθε είδους καιρικές συνθήκες και θερμοκρασίες χωρίς να διαβρώνεται ή να καταρρέει. “Αυτή η πρόκληση δεν αποτελεί πλέον εμπόδιο για την αξιοποίηση των δυνατοτήτων των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη”, δήλωσε ο Yan. “Η επαναστατική μας εργασία βελτίωσε τη σταθερότητα της συσκευής και παρουσιάζει τρόπους επίτευξης της επιτυχίας μετά από μια δεκαετία έρευνας και ανάπτυξης”. Η ομάδα ανακάλυψε το συστατικό που ενισχύει την πρόσφυση και τη μηχανική ανθεκτικότητα. Οι ερευνητές απέδειξαν πειραματικά ότι τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με 1,3-δις(διφαινυλοφωσφινο)προπάνιο (DPPP), ένα μόριο διφωσφινικής βάσης Lewis, διατήρησαν υψηλή απόδοση μετατροπής ισχύος και παρουσίασαν ανώτερη ανθεκτικότητα μετά από συνεχή λειτουργία σε προσομοιωμένες και εξωτερικές συνθήκες. “Τα μόρια βάσης Lewis που περιέχουν φωσφίνη με δύο άτομα που δίνουν ηλεκτρόνια έχουν ισχυρή σύνδεση με την επιφάνεια του περοβσκίτη”, δήλωσε ο Yan. “Είδαμε τις ισχυρές ευεργετικές επιδράσεις στην ποιότητα του φιλμ περοβσκίτη και την απόδοση της συσκευής όταν επεξεργαστήκαμε τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη με DPPP”. “Το DPPP είναι επίσης ένα εμπορεύσιμο προϊόν με χαμηλό κόστος και εύκολη προσβασιμότητα, τα οποία το καθιστούν κατάλληλο για την εμπορευματοποίηση των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη”, δήλωσε ο Δρ Zhaoning Song, ερευνητικός επίκουρος καθηγητής στο εργαστήριο του Yan στο UToledo και ένας από τους συγγραφείς της νέας δημοσίευσης. Οι ερευνητές λένε ότι το επόμενο βήμα για την προώθηση της τεχνολογίας είναι να χρησιμοποιήσουν τα ευρήματά τους για να καταστήσουν τα πάνελ περοβσκίτη σταθερά.
Ο Dr. Chongwen Li, πρώτος συγγραφέας της μελέτης και απόφοιτος του UToledo, συνεργάστηκε με τον Yan ως μεταπτυχιακός φοιτητής. Ο Li απέκτησε το διδακτορικό του στη φυσική από το UToledo το 2020. Είναι μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο. “Η συνέχιση της αξιοποίησης των δυνατοτήτων στη σταθερότητα των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη αποτελεί κρίσιμη προτεραιότητα για τη συνεχιζόμενη απεξάρτηση της παγκόσμιας οικονομίας από τον άνθρακα”, δήλωσε ο Li. “Μετά την επιτυχή επίδειξη της DPPP για τη βελτίωση της σταθερότητας των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη, την εφαρμόζουμε περαιτέρω σε ηλιακούς συλλέκτες περοβσκίτη μεγάλης επιφάνειας και προχωράμε την πρωτότυπη συσκευή προς την εμπορική αξιοποίηση”. Η UToledo είναι πρωτοπόρος στην έρευνα και την ανάπτυξη της ηλιακής ενέργειας για περισσότερα από 30 χρόνια. Έχει περάσει μια δεκαετία από τότε που η ομάδα του Yan στο UToledo εντόπισε τις ιδανικές ιδιότητες των περοβσκιτών, σύνθετων υλικών με ειδική κρυσταλλική δομή που σχηματίζονται μέσω της χημείας, και άρχισε να επικεντρώνει τις προσπάθειές της στη συνένωση δύο διαφορετικών ηλιακών κυψελών για την αύξηση της συνολικής ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται με τη χρήση δύο διαφορετικών τμημάτων του φάσματος του ήλιου. Τον Νοέμβριο, μια ομάδα επιστημόνων από το UToledo, το Πανεπιστήμιο του Τορόντο και το Πανεπιστήμιο Northwestern συνεργάστηκαν για να δημιουργήσουν μια ηλιακή κυψέλη tandem από περοβσκίτη με τάση ρεκόρ. Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature.