研究では、新しい全ペロブスカイトタンデムについて説明しています 太陽 太陽エネルギーを利用して発電するための安価でより効率的な方法を提供する可能性を秘めた電池
再生不可能な資源への依存 エネルギー 石炭、石油、ガスなどの化石燃料と呼ばれるものは、人類と環境に多大な悪影響を及ぼしてきました。 化石燃料の燃焼は温室効果を高め、地球温暖化を引き起こし、生息地を破壊し、大気、水、土地の汚染を引き起こし、公衆衛生に影響を及ぼします。 に役立つ持続可能な技術を構築する緊急の必要性があります 電力 クリーンエネルギーを使用する世界。 太陽光エネルギー この技術は、最も豊富な再生可能エネルギー源である太陽の光を利用し、それを電気エネルギーまたは電力に変換する機能を備えた方法の 1 つです。有利な要素 太陽 人間と環境に利益をもたらすという観点から、エネルギーは、エネルギーの利用を促進する上で重要な役割を果たしてきました。 太陽 エネルギー。
シリコンは、一般的に使用される材料です 太陽 内のセル 太陽電池パネル 現在市場で入手可能なもの。太陽光発電プロセス 太陽 セルは追加の燃料を使用せずに太陽光を電気に変換できます。シリコンの設計と効率 太陽 パネルは、製造と技術の進歩により、数十年にわたって大幅に改善されました。の太陽光発電効率 太陽 セルは、太陽光の形をしており、電気に変換できるエネルギーの一部として定義されます。太陽光発電の効率と全体的なコストが 2 つの主な制限要因です。 太陽 今日のパネルたち。
シリコン以外にも 太陽 セル、タンデム 太陽 太陽のスペクトルのすべてのセクションに対して最適化された特定のセルが使用され、それによって全体的な効率の向上につながるセルも利用可能です。ペロブスカイトと呼ばれる材料は、太陽光、つまり太陽のスペクトルの別の部分からの高エネルギー青色光子の吸収においてシリコンよりも優れていると考えられています。ペロブスカイトは多結晶材料です（一般的には三ハロゲン化メチルアンモニウム鉛（CH3NH3PbX3、Xはヨウ素、臭素、または塩素原子）です。ペロブスカイトは太陽光吸収層に加工するのが簡単です。以前の研究では、シリコンとペロブスカイトを組み合わせて太陽電池を作りました。つまり、シリコンセルを太陽電池に組み込んだものです。上部はペロブスカイトセルとともに黄色、赤色、近赤外線の光子を吸収できるため、発電量がほぼXNUMX倍になります。
で公開された新しい研究では 科学 3月25日、研究者らは最大3パーセントの効率をもたらすオールペロブスカイトタンデム型太陽電池を初めて開発した。この材料は、鉛と錫の混合低バンドギャップ ペロブスカイト膜 ((FASnI0.6)3 MAPbI0.4)XNUMX と呼ばれます。ホルムアミジニウムの場合はFA、メチルアンモニウムの場合はMA)。スズには、空気中の酸素と反応して結晶格子に欠陥が生じ、結晶内の電荷の移動が妨げられるという欠点があります。 太陽 それにより、セルの効率が制限されます。研究者らは、ペロブスカイト中のスズが酸素と反応するのを防ぐ方法を発見した。彼らは、チオシアン酸グアニジンと呼ばれる化合物を使用して、鉛と錫を混合した低バンドギャップのペロブスカイト膜の構造特性と光電子特性を大幅に改善しました。チオシアン酸グアニジンという化合物がペロブスカイト微結晶をコーティングします。 太陽 吸収膜により、酸素が内部に入って錫と反応するのを防ぎます。これにより、太陽電池の効率が 18 パーセントから 20 パーセントに向上します。また、この新しい材料を従来使用されていた吸収性の高い上部ペロブスカイト層と組み合わせると、効率はさらに 25% まで増加しました。
現在の研究では、すべてのペロブスカイト薄膜を使用したタンデム太陽電池の設計が初めて説明されており、この技術はいつの日か太陽電池のシリコンに取って代わる可能性があります。 新しい材料は、シリコンやシリコンペロブスカイトタンデムセルと比較して、高品質で安価であり、製造が簡単でありながら、コストも低く抑えられています。 ペロブスカイトはシリコンと比較して人工材料であり、ペロブスカイトベースのソーラーパネルは柔軟性があり、軽量で、半透明です。 現在の材料はシリコンペロブスカイト技術の効率を超えるのに少し時間がかかりますが。 それにもかかわらず、ペロブスカイトベースの多結晶膜は、他の要因を妨げずに最大30％の効率を提供できるタンデム太陽電池を設計する可能性を秘めています。 環境への影響を減らすために、材料を頑丈で、より安定させ、リサイクル可能にするために、さらなる研究が必要です。 太陽エネルギー部門は最も急速に成長している分野のXNUMXつであり、最終的な目標はクリーンエネルギーの有望な代替案を見つけることです。
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ソース
Tong J. etal。 2019年のSn-Pbペロブスカイトでの1μsを超えるキャリア寿命により、効率的なオールペロブスカイトタンデム太陽電池が可能になります。 科学、364（6439）。 https://doi.org/10.1126/science.aav7911
