Serwis używa plików cookies, aby mógł lepiej spełniać Państwa oczekiwania. Podczas korzystania z serwisu pliki te są zapisywane w pamięci urządzenia. Zapisywanie plików cookies można zablokować, zmieniając ustawienia przeglądarki. Więcej o plikach cookies możesz przeczytać tutaj.

Nauka/Technologie więcej

Polacy stworzyli wydajniejsze ogniwa fotowoltaiczne z perowskitu

Polacy stworzyli wydajniejsze ogniwa fotowoltaiczne z perowskitu
źródło: pixabay

Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN i Politechniki Warszawskiej zaprezentowali udoskonaloną odmianę perowskitu. Testy laboratoryjne wykazały, że zbudowane z niej ogniwa fotowoltaiczne są znacznie wydajniejsze niż ogniwa z pierwotnej postaci materiału.

Grupa naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) w Warszawie i Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej (PW) kierowana przez prof. Janusza Lewińskiego wkomponowała w strukturę klasycznego perowskitu relatywnie duży kation guanidynowy. Naukowcy zrobili to za pomocą metody mechanochemicznej, czyli... ucierając substancje chemiczne.

Jak informuje w przesłanej PAP informacji prasowej IChF PAN, testy układów fotowoltaicznych zbudowanych z nowego perowskitu przeprowadzono na École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) w Lozannie (Szwajcaria). Eksperymenty dowiodły, że w wielu aspektach nowe, zmodyfikowane perowskity są wyraźnie lepsze od materiału macierzystego.

Perowskity to duża grupa materiałów fotowoltaicznych o sześciennej strukturze krystalicznej. Pierwszym znanym perowskitem był tytanian(IV) wapnia CaTiO3 - minerał odkryty na Syberii w 1838 roku i nazwany na cześć rosyjskiego geologa Lwa Perowskiego. Szybko się okazało, że możliwe jest kształtowanie w kontrolowany sposób właściwości fizykochemicznych perowskitów - poprzez zastępowanie w ich strukturze jonów tlenkowych, wapnia i tytanu innymi jonami.

"Jednym z głównych obszarów zastosowań perowskitów jest dziś fotowoltaika - tłumaczy cytowany w komunikacie mgr inż. Marcin Saski. - Używane tu organiczno-nieorganiczne perowskity halogenkowe zwykle zawierają organiczne kationy metyloamoniowe, znajdujące się w centrach sześcianów sieci krystalicznej. Kationy te łatwo ulegają stopniowej degradacji pod wpływem czynników zewnętrznych, np. wody, ale także wskutek reakcji fotochemicznych lub działania podwyższonej temperatury. My podjęliśmy próbę mechanochemicznego zastąpienia części kationów metyloamoniowych przez jony guanidyny".

W strukturze perowskitu jon metyloamoniowy CH3NH3+ jest często zastępowany nieco większym jonem formamidyniowym HC(NH2)2+, bardziej stabilnym termicznie. Dodatkowo posiada on zdelokalizowane wiązanie między atomem węgla i dwoma atomami azotu, poprawiające właściwości półprzewodnikowe.

Jak wyjaśniono w kumunikacie, naukowcy z IChF PAN podjęli ambitną próbę wbudowania jeszcze większego jonu guanidynowego C(NH2)3+, który dzięki wewnątrzcząsteczkowej symetrii i większemu układowi sprzężonych wiązań nienasyconych stabilizuje materiał perowskitowy i pozwala na zwiększenie czasu życia nośników ładunku. Do wprowadzenia guanidyny w sieć krystaliczną perowskitu użyto metody mechanochemicznej, polegającej na ucieraniu we właściwych proporcjach prekursorów o odpowiednio dobranej strukturze.

"W przeciwieństwie do standardowych reakcji chemicznych, przebiegających w roztworach, reakcja mechanochemiczna w całości zachodzi w fazie stałej, a transformacje chemiczne są indukowane siłą mechaniczną" - podkreśla dr inż. Daniel Prochowicz z IChF PAN. "Ogromną zaletą mechanochemii jest możliwość szybkiego przeprowadzenia złożonych reakcji chemicznych bez konieczności stosowania wysokich temperatur czy szkodliwych rozpuszczalników organicznych. To prawdziwie zielona chemia, z uwagi na niewymagający sprzęt laboratoryjny przyjazna także portfelowi" - tłumaczy.

W trakcie licznych prób przeprowadzonych przez grupę badawczą prof. Lewińskiego ustalono, że struktura krystaliczna perowskitu pozostaje trwała nawet wtedy, gdy 25 proc. jonów metyloamoniowych zostanie zastąpionych kationami guanidynowymi. Zaawansowane badania dyfrakcyjne i metodą spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) nie pozostawiły wątpliwości: przy tak dobranych proporcjach guanidyna harmonijnie wkomponowuje się w strukturę krystaliczną perowskitu.

Z kolei testy ogniw skonstruowanych z użyciem nowego, multikomponentowego perowskitu, zrealizowane w EPFL przez współpracującą z warszawskimi chemikami grupę prof. Michaela Grätzela, potwierdziły pierwotne przypuszczenia: guanidyna zwiększyła wydajność konwersji energii słonecznej na elektryczną z ok. 18 proc. na ponad 19 proc. - przy czym po zoptymalizowaniu warunków otrzymywania ogniwa można oczekiwać dalszego wzrostu wydajności. Jednocześnie udało się podnieść napięcie wytwarzanego prądu do 1,1 V.

"Poprawa parametrów fotowoltaicznych w perowskitach zawierających jony guanidynowe nie jest może szczególnie spektakularna, ale bardzo wyraźna. Co więcej, wzrosty widać nie w jednym, a w kilku istotnych parametrach" - podkreśla prof. Lewiński.

"Warto zwrócić uwagę, że nasze perowskity z guanidyną zawierają mniej lotną aminę i są bardziej odporne na działanie czynników zewnętrznych od macierzystego perowskitu. Wyższa trwałość ogniw fotowoltaicznych to niebagatelny argument przemawiający za ich komercjalizacją" - dodaje naukowiec.

źródło: www.naukawpolsce.pap.pl

Komentarze 0 skomentuj »
Musisz być zalogowany, aby publikować komentarze.

mBlogi więcej

  • Avatar

    Księga Rodzaju 25,9-11

  • Avatar

    Sądy i osądy.

    „Skumbrie w tomacie, skumbrie w tomacie, skumbrie w tomacie pstrąg”. KI Gałczyński Od początku ujawnienia pytań prejusdykcyjnych SN do TSUE intrygowała mnie procedura, w której sędziowie osiągnęli status, umożliwiający ten

  • Avatar

    Księga Rodzaju 25,6-8

  • Avatar

    Rodzina na swoim

    Rodzina powinna się rozumieć, wspierać, wzajemnie motywować i dbać o wspólne dobro. W Gminie Grzmiąca, jak się okazuje, także razem „dbać o interesy” i „robić politykę”. Taki model, od kilku tygodni, zdaje się propagować obecny

  • Avatar

    Dziwi mnie zachwyt opozycji

  • Avatar

    Co dalej...

    Wydaje się, iż okręt z reformami w obszarze prawodawstwa i legislacji wpłynął na zakola i niebezpieczne mielizny. Obecnie chyba mało kto z tzw. "szarych obywateli" (czyli elektoratu) orientuje się już na jakim etapie jest sprawa

  • Avatar

    Księga Rodzaju 25,1-5

  • Avatar

    Czy na pewno nie jesteś ofiarą fałszowania ojcostwa?

    Test DNA, to termin które powoduje u wielu kobiet większą wściekłość, niż wieść, że mają rogi bardziej okazałe, niż gazela. Czemu te dwa, proste słowa powodują tak emocjonalne reakcje? Czy wiecie, że w wielu krajach są zakazane,

  • Avatar

    Biało-Czerwone to barwy niezwyciężone – o wiktorii w Berlinie...

  • Avatar

    Najważniejsze wydarzenia minionych tygodni - Sierpień 2018

    „Rezultatem inflacji w Niemczech było podkopanie fundamentów niemieckiego społeczeństwa i to dużo silniej niż zrobiła to wojna, rewolucja w listopadzie 1918 roku czy traktat wersalski. Prawdziwą rewolucję w Niemczech zrobiła właśnie

  • Avatar

    Realna sytuacja gospodarcza w kraju

  • Avatar

    Księga Rodzaju 24,64-67

  • Avatar

    Mężczyzna to Twój wróg. Czyżby?

    Dzisiaj chciałbym pokrótce przedstawić gnilne efekty społecznego i rodzinnego matriarchatu, który króluje w cywilizacji zachodniej. To, że od mężczyzn i męskości wymaga się więcej, niż kobiecości to jest fakt. Można nad tym płakać,

Dziękujemy za wizytę.

Cieszymy się, że odwiedziłeś naszą stronę. Polub nas na Facebooku lub obserwuj na Twitterze.