Τεχνολογία-Πρότυπα: Επιστήμονες τυποποιούν τις μετρήσεις της «γήρανσης» των περοβσκιτικών ηλιακών κυττάρων

Επιστήμονες στην EPFL έχουν παραγάγει μια οδηγούμενη από δεδομένα πρόταση για τη τυποποίηση των μετρήσεων της σταθερότητας και της υποβάθμισης των περοβσκιτικών ηλιακών κυττάρων. Η εργασία, που δημοσιεύεται στο Nature Energy, στοχεύει να δημιουργήσει ένα consensus, μια συναντίληψη, στο πεδίο και να υπερβεί ένα από τα κύρια εμπόδια στο δρόμο για την εμπορευματοποίηση των περοβσκιτικών φωτοβολταϊκών.

Τα περοβσκιτικά ηλιακά κύτταρα είναι μια εναλλακτική στα συμβατικά ηλιακά κύτταρα πυριτίου πρόταση και είναι σίγουρο ότι θα κυριεύσουν την αγορά με τις υψηλές τους αποδόσεις στη μετατροπή ισχύος (πάνω από 22% τώρα) και τις χαμηλότερες κεφαλαιακές δαπάνες και κατασκευαστικά κόστη. Όμως ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια στη διαδρομή αυτή είναι η σταθερότητα: για να είναι εμπορικά βιώσιμα, τα περοβσκιτικά ηλιακά κύτταρα πρέπει επίσης να μπορούν να διατηρήσουν την απόδοσή τους κατά τη διάρκεια του χρόνου, που σημαίνει ότι δεν πρέπει να υποβαθμίζονται σημαντικά σε μια διάρκεια 25 χρόνων λειτουργίας.

«Ως ένα πρώτο βήμα προσέγγισης, μιλάμε για σταθερότητες αρκετών ετών για τα πιο σταθερά περοβσκιτικά ηλιακά κύτταρα», λέει ο Konrad Domanksi, πρώτος συγγραφέας της μελέτης. «Χρειαζόμαστε ακόμη μια αύξηση μιας τάξης μεγέθους για να φτάσουμε τις σταθερότητες των κυττάρων πυριτίου».

Ενώ συνεχώς γίνονται ερευνητικές προσπάθειες για να βελτιώσουν την σταθερότητα των περοβσκιτών, η κοινότητα εμποδίζεται από το γεγονός ότι δεν υπάρχουν γενικά πρότυπα με τα οποία η επιστήμονες μπορούν να μετρήσουν τη σταθερότητα των περοβσκιτικών ηλιακών κυττάρων. Κατά συνέπεια, τα αποτελέσματα που προέρχονται από διάφορα εργαστήρια και εταιρείες δεν μπορούν εύκολα να συγκριθούν μεταξύ τους. Και παρόλο που έχουν αναπτυχθεί ειδικά πρότυπα μέτρησης σταθερότητας για άλλες φωτοβολταϊκές τεχνολογίες, πρέπει να προσαρμοστούν για τα περοβσκιτικά ηλιακά κύτταρα, τα οποία δείχνουν νέους τύπους συμπεριφοράς.

Τώρα, τα εργαστήρια των Michael Grätzel και Anders Hagfeldt στην EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) έχουν πραγματοποιήσει μια μελέτη που προτείνει πώς να τυποποιηθούν οι μετρήσεις της σταθερότητας των περοβσκιτικών ηλιακών κυττάρων σε ολόκληρο το πεδίο. Οι ερευνητές διερεύνησαν τις επιδράσεις των διαφορετικών περιβαλλοντικών παραγόντων, ψάχνοντας στις επιπτώσεις της φωτεινότητας (ηλιακό φως – επίπεδο φωτός), της θερμοκρασίας, του ατμοσφαιρικού, ηλεκτρικού φορτίου και ελέγχοντας μια συστηματική σειρά συνδυασμών από αυτά.

«Σχεδιάσαμε και κατασκευάσαμε ένα ειδικό σύστημα για να διεξάγουμε την έρευνα αυτή», λέει ο Domanksi. «Είναι η τελευταία λέξη της τεχνολογίας για τη μέτρηση της σταθερότητας των ηλιακών κυττάρων – μπορούμε να μεταβάλουμε την ένταση του φωτός στα δείγματα και ελέγχουμε θερμοκρασία, ατμόσφαιρα κλπ. Φορτώνουμε τα δείγματα, προγραμματίζουμε τα πειράματα και τα δεδομένα απεικονίζονται αυτόματα».

Η μελέτη δείχνει πώς ορισμένες συμπεριφορές ειδικές για τα περοβσκιτικά ηλιακά κύτταρα μπορούν να αλλοιώσουν τα αποτελέσματα των πειραμάτων. Για παράδειγμα, όταν τα κύτταρα αφέθηκαν στο σκοτάδι, μπόρεσαν να ανακτήσουν ορισμένες από τις απώλειες που προκλήθηκαν με το φωτισμό και «άρχισαν φρέσκα το πρωί». Καθώς τα ηλιακά κύτταρα υπόκεινται φυσικά στους κύκλους ημέρας-νύχτας, αυτό έχει σημαντικές επιπτώσεις στο πώς ορίζουμε ότι ένα ηλιακό κύτταρο αρχικά υποβαθμίζεται. Αλλάζει επίσης την αντίληψή μας για τις μετρικές που χρησιμοποιούνται από την βιομηχανία για να περιγράψουν το χρόνο ζωής των ηλιακών κυττάρων.

«Η εργασία μπορεί να θέσει τις βάσεις για την τυποποίηση της γήρανσης του περοβσκιτικού ηλιακού κυττάρου». αναφέρει ο Wolfgang Tress, άλλος ένας συγγραφέας της εργασίας. «Το πεδίο [της έρευνάς μας] μπορεί να τη χρησιμοποιήσει για να αναπτύξει αντικειμενικές και ισότιμες μετρικές σταθερότητας, όπως ακριβώς η σταθεροποιημένη ισχύς τώρα χρησιμοποιείται ως τυπικό εργαλείο για την εκτίμηση της αποδοτικότητας της μετατροπής ισχύος στα περοβσκιτικά ηλιακά κύτταρα. Το πιο σημαντικό, η συστηματική απομόνωση ειδικών παραγόντων υποβάθμισης θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε καλύτερα την υποβάθμιση των περοβσκιτικών ηλιακών κυττάρων και να βελτιώσουμε τους χρόνους ζωής τους».

«Δεν προσπαθούμε να επιβάλουμε πρότυπα στην κοινότητα», λέει ο Domanksi. «Μάλλον, όντας στην πρώτη γραμμή στα περοβσκιτικά ηλιακά κύτταρα και στην έρευνα της σταθερότητάς τους, προσπαθούμε να οδηγήσουμε με παράδειγμα και διέγερση τη συζήτηση στο πώς θα πρέπει να μοιάζουν αυτά τα πρότυπα. Πιστεύουμε ακράδαντα ότι θα υιοθετηθούν με συναίνεση ειδικά πρωτόκολλα και ότι ειδικές ομάδες δράσεις που θα περιλαμβάνουν ένα ευρύ φάσμα ερευνητών θα διαμορφωθούν για αυτό τον σκοπό».

Πηγή: EPFL

Περισσότερα στη δημοσίευση: Systematic Investigation of the Impact of Operation Conditions on the Degradation Behaviour of Perovskite Solar Cells. Nature Energy.