Peneliti FSU menyelidiki sifat material untuk sel surya yang lebih tahan lama dan lebih efisien


Newswise – TALLAHASSEE, Fla. – Para perancang sel surya tahu bahwa kreasi mereka harus bersaing dengan berbagai suhu dan segala macam kondisi cuaca – kondisi yang dapat mempengaruhi efisiensi dan masa manfaatnya.

Asisten Profesor Kimia dan Biokimia Universitas Negeri Florida Lea Nienhaus dan mantan peneliti pascadoktoral FSU Sarah Wieghold membantu memahami proses fundamental dalam bahan yang dikenal sebagai perovskites, pekerjaan yang dapat menghasilkan sel surya yang lebih efisien yang juga melakukan pekerjaan yang lebih baik dalam melawan degradasi . Mereka menemukan bahwa perubahan kecil pada susunan kimiawi material serta besarnya medan listrik yang terkena dapat sangat mempengaruhi stabilitas material secara keseluruhan.

Karya terbaru mereka diterbitkan dalam sepasang studi di Journal of Material Chemistry C dan Journal of Applied Physics.

Penelitian mereka difokuskan pada peningkatan potensi perovskit, bahan dengan struktur kristal berdasarkan ion timbal bermuatan positif yang dikenal sebagai kation dan anion halida bermuatan negatif. Dalam struktur kristal perovskit kubik, oktahedra yang dibentuk oleh ion timbal dan halida dikelilingi oleh kation bermuatan positif tambahan.

Sel surya perovskit pertama, yang dikembangkan pada tahun 2006, memiliki efisiensi konversi daya energi surya sekitar 3 persen, tetapi sel yang dikembangkan pada tahun 2020 memiliki efisiensi konversi daya lebih dari 25 persen. Peningkatan efisiensi yang cepat itu membuat mereka menjadi bahan yang menjanjikan untuk penelitian lebih lanjut, tetapi mereka memiliki kelemahan untuk kelangsungan komersial, seperti kecenderungan untuk menurun dengan cepat.

“Bagaimana kami dapat membuat perovskit lebih stabil dalam kondisi dunia nyata di mana mereka akan digunakan?” Kata Nienhaus. “Apa yang menyebabkan degradasi? Itulah yang kami coba pahami. Perovskit yang tidak cepat rusak bisa menjadi alat yang berharga untuk mendapatkan lebih banyak energi dari sel surya. “

Perovskit adalah apa yang disebut “bahan lunak”, terlepas dari ikatan ionik kisi kristal yang menyusun strukturnya. Halida atau kation dalam material dapat bergerak melalui kisi tersebut, yang dapat meningkatkan laju degradasinya, yang mengakibatkan kurangnya stabilitas jangka panjang.

Dalam makalah Journal of Materials Chemistry C, para peneliti menyelidiki pengaruh gabungan cahaya dan suhu tinggi pada kinerja perovskit campuran-kation campuran-halida.

Mereka menemukan bahwa menambahkan sejumlah kecil elemen cesium ke film perovskit meningkatkan stabilitas material di bawah cahaya dan suhu yang tinggi. Sebaliknya, menambahkan rubidium menyebabkan kinerja yang lebih buruk.

“Kami menemukan bahwa bergantung pada pilihan kation, dua jalur degradasi dapat diamati pada bahan ini, yang kemudian kami korelasikan dengan penurunan kinerja,” kata Wieghold, sekarang asisten ilmuwan di Pusat Bahan Skala Nano dan Lanjutan Sumber Foton di Laboratorium Nasional Argonne. “Kami juga menunjukkan bahwa penambahan cesium meningkatkan stabilitas film di bawah kondisi pengujian kami, yang merupakan hasil yang sangat menjanjikan.”

Mereka juga menemukan bahwa penurunan kinerja film untuk campuran perovskit yang kurang stabil berkorelasi dengan pembentukan senyawa timbal bromida / iodida dan peningkatan interaksi elektron-fonon. Pembentukan timbal bromida / iodida disebabkan oleh mekanisme degradasi yang tidak diinginkan, yang perlu dihindari untuk mencapai stabilitas dan kinerja jangka panjang dari sel surya perovskit ini.

Dalam makalah Journal of Applied Physics, mereka mengeksplorasi hubungan antara tegangan dan kinerja bahan perovskit. Ini menunjukkan bahwa pergerakan ion dalam material mengubah respons listrik yang mendasari, yang akan menjadi faktor penting dalam kinerja fotovoltaik.

“Perovskites menghadirkan peluang besar untuk masa depan sel surya, dan sangat menarik untuk membantu memajukan ilmu ini,” kata Nienhaus.

Peneliti lain yang berkontribusi pada makalah Journal of Material Chemistry C termasuk mahasiswa pascasarjana FSU Alexander Bieber, kandidat doktor FSU Masoud Mardani, dan Theo Siegrist, profesor teknik kimia dan biomedis di FAMU-FSU College of Engineering. Kontributor tambahan untuk makalah Jurnal Fisika Terapan termasuk staf ilmuwan Nozomi Shirato dari Pusat Bahan Skala Nano dan Volker Rose dari Sumber Foton Tingkat Lanjut dan Pusat Bahan Skala Nano di Laboratorium Nasional Argonne.

Penelitian ini didukung oleh dana awal dari Florida State University dan pendanaan dari Departemen Energi AS.


Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author