Ένα τεράστιο βήμα στην εξέλιξη των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη καταγράφηκε από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Χονγκ Κονγκ, ανοίγοντας μία νέα σελίδα την ανάπτυξη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
Τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη (ορυκτό οξείδιο του ασβεστίου και του τιτανίου) είναι γνωστά για την εντυπωσιακή απόδοση μετατροπής ισχύος τους. Ωστόσο, έχουν ένα σημαντικό μειονέκτημα: τη θερμική αστάθεια, δηλαδή δεν έχουν καλή απόδοση όταν εκτίθενται σε υψηλές θερμοκρασίες.
Ο καθηγητής Zhu Zonglong του Τμήματος Χημείας στο CityU, ο οποίος συνεργάστηκε με τον καθηγητή Li Zhong'an στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Huazhong δήλωσε ότι «Η προσέγγισή μας έχει βελτιώσει δραματικά τη θερμική ευρωστία των κυττάρων», προσθέτοντας ότι η θερμική σταθερότητα είναι ένα σημαντικό εμπόδιο για την εμπορική ανάπτυξη ηλιακών κυψελών περοβσκίτη.
«Με την εισαγωγή ενός θερμικά στιβαρού στρώματος εξαγωγής φορτίου, οι βελτιωμένες κυψέλες διατηρούν πάνω από το 90% της απόδοσής τους, με εντυπωσιακό ποσοστό απόδοσης 25,6%, ακόμη και μετά από λειτουργία σε υψηλές θερμοκρασίες, περίπου (65° Κελσίου) για περισσότερες από 1.000 ώρες. Αυτό είναι ένα επίτευγμα ορόσημο», είπε ο καθηγητής Zhu.
Θερμική ασπίδα
Αφορμή γι αυτή την έρευνα ήταν η πρόκληση στον τομέα της ηλιακής ενέργειας: τη θερμική αστάθεια των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη.
Ο καθηγητής Zhu εξήγησε: «Παρά την υψηλή τους απόδοση μετατροπής ισχύος, αυτά τα ηλιακά κύτταρα είναι σαν ένα σπορ αυτοκίνητο που λειτουργεί εξαιρετικά καλά σε δροσερό καιρό, αλλά τείνει να υπερθερμαίνεται και να αποδίδει σε μια ζεστή μέρα. Αυτό ήταν ένα σημαντικό εμπόδιο που απέτρεπε την ευρεία χρήση τους». Η ομάδα του CityU έχει επικεντρωθεί στο αυτοσυναρμολογούμενο μονοστρωματικό στρώμα (SAM), ένα ουσιαστικό μέρος αυτών των στοιχείων, και το οραματίστηκε ως μια ευαίσθητη στη θερμική ασπίδα που χρειαζόταν ενίσχυση.
«Ανακαλύψαμε ότι η έκθεση σε υψηλή θερμοκρασία μπορεί να προκαλέσει θραύση των χημικών δεσμών στα μόρια SAM, επηρεάζοντας αρνητικά την απόδοση της συσκευής. Έτσι, η λύση μας έμοιαζε με την προσθήκη μιας θωράκισης ανθεκτικής στη θερμότητα - ενός στρώματος νανοσωματιδίων οξειδίου του νικελίου, που καλύπτεται από ένα SAM, που επιτεύχθηκε μέσω μιας ενοποίησης διαφόρων πειραματικών προσεγγίσεων και θεωρητικών υπολογισμών», είπε ο καθηγητής Zhu.
Για να αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα, η ομάδα του CityU εισήγαγε μια καινοτόμο λύση: αγκύρωση του SAM σε μια σταθερή επιφάνεια οξειδίου του νικελίου, ενισχύοντας έτσι την ενέργεια δέσμευσης του SAM στο υπόστρωμα. Επίσης, συνέθεσαν ένα δικό τους νέο μόριο SAM, δημιουργώντας ένα μόριο που προωθεί την πιο αποτελεσματική εξαγωγή φορτίου σε συσκευές περοβσκίτη. Το πρώτο αποτέλεσμα της έρευνας είναι ο δυνητικός μετασχηματισμός του τοπίου της ηλιακής ενέργειας. Βελτιώνοντας τη θερμική σταθερότητα των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη μέσω των καινοτόμων σχεδιασμένων SAM, η ομάδα έχει θέσει τα θεμέλια για αυτές τις κυψέλες να αποδίδουν αποτελεσματικά ακόμη και σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας.
Ο καθηγητής Zhu σημείωσε, «Αυτή η ανακάλυψη είναι ζωτικής σημασίας καθώς αντιμετωπίζει ένα σημαντικό εμπόδιο που εμπόδιζε προηγουμένως την ευρύτερη υιοθέτηση των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη. Τα ευρήματά μας θα μπορούσαν να διευρύνουν σημαντικά τη χρήση αυτών των κυττάρων, ωθώντας τα όρια εφαρμογής τους σε περιβάλλοντα και κλίματα όπου οι υψηλές θερμοκρασίες ήταν αποτρεπτικοί».
