reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© Pixabay Nauka | 22 maja 2018

Polscy naukowcy udoskonalili ogniwa perowskitowe

Testy laboratoryjne na Politechnice Federalnej w Lozannie wykaza┼éy, ┼╝e ogniwa fotowoltaiczne z nowego perowskitu pracuj─ů wydajniej ni┼╝ ogniwa zbudowane z u┼╝yciem jego pierwotnej postaci.
Nie ma w─ůtpliwo┼Ťci: o najbli┼╝szej przysz┼éo┼Ťci fotowoltaiki zadecyduj─ů materia┼éy z grupy perowskit├│w ÔÇô podkre┼Ťlaj─ů badacze w komunikacie prasowym. Udoskonalon─ů odmian─Ö perowskitu, zawieraj─ůc─ů w strukturze krystalicznej relatywnie du┼╝y jon organiczny ÔÇô kation guanidynowy ÔÇô zaprezentowali chemicy z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk i Wydzia┼éu Chemicznego Politechniki Warszawskiej, pod kierownictwem prof. dr. hab. in┼╝. Janusza Lewi┼äskiego. Sukces opisano w presti┼╝owym czasopi┼Ťmie naukowym ÔÇ×Journal of the American Chemical Society” (JACS). Testy uk┼éad├│w fotowoltaicznych zbudowanych z nowego perowskitu przeprowadzono na ├ëcole Polytechnique F├ęd├ęrale de Lausanne (EPFL) w Lozannie (Szwajcaria). Eksperymenty dowiod┼éy, ┼╝e w wielu aspektach nowe, zmodyfikowane perowskity s─ů wyra┼║nie lepsze od macierzystego, kryj─ůcego si─Ö pod wzorem chemicznym (CH3NH3)PbI3.

Perowskity to du┼╝a grupa materia┼é├│w o sze┼Ťciennej strukturze krystalicznej, opisanych og├│lnym wzorem ABX3. Kation, oznaczony liter─ů A, jest w centrum sze┼Ťcianu, po┼Ťrodku ka┼╝dej ┼Ťciany znajduje si─Ö anion X, a w naro┼╝ach tkwi─ů centra koordynacji oznaczane liter─ů B. Pierwszym znanym perowskitem by┼é tytanian(IV) wapnia CaTiO3, minera┼é odkryty na Syberii w 1838 roku, nazwany na cze┼Ť─ç rosyjskiego geologa Lwa Perowskiego. Szybko si─Ö okaza┼éo, ┼╝e w strukturze perowskitu jony tlenkowe, wapnia i tytanu mo┼╝na zast─Öpowa─ç innymi jonami, co pozwala w kontrolowany spos├│b kszta┼étowa─ç w┼éa┼Ťciwo┼Ťci fizykochemiczne perowskit├│w.

- Jednym z g┼é├│wnych obszar├│w zastosowa┼ä perowskit├│w jest dzi┼Ť fotowoltaika. U┼╝ywane tu organiczno-nieorganiczne perowskity halogenkowe zwykle zawieraj─ů organiczne kationy metyloamoniowe (komponent A), znajduj─ůce si─Ö w centrach sze┼Ťcian├│w sieci krystalicznej. Kationy te ┼éatwo ulegaj─ů stopniowej degradacji pod wp┼éywem czynnik├│w zewn─Ötrznych, np. wody, ale tak┼╝e wskutek reakcji fotochemicznych lub dzia┼éania podwy┼╝szonej temperatury. My podj─Öli┼Ťmy pr├│b─Ö mechanochemicznego zast─ůpienia cz─Ö┼Ťci kation├│w metyloamoniowych przez jony guanidyny. Wyb├│r w┼éa┼Ťnie tego ostatniego zwi─ůzku nie by┼é przypadkowy ÔÇô m├│wi mgr in┼╝. Marcin Saski, doktorant w IChF PAN, jeden ze wsp├│┼éautor├│w publikacji opisuj─ůcej osi─ůgni─Öcie.

W strukturze perowskitu jon metyloamoniowy CH3NH3 + jest cz─Östo zast─Öpowany nieco wi─Ökszym jonem formamidyniowym HC(NH2) 2 + , bardziej stabilnym termicznie. Dodatkowo posiada on zdelokalizowane wi─ůzanie mi─Ödzy atomem w─Ögla i dwoma atomami azotu, poprawiaj─ůce w┼éa┼Ťciwo┼Ťci p├│┼éprzewodnikowe. Naukowcy z IChF PAN podj─Öli ambitn─ů pr├│b─Ö wbudowania jeszcze wi─Ökszego jonu guanidynowego C(NH2) 3 + , kt├│ry dzi─Öki wewn─ůtrzcz─ůsteczkowej symetrii i wi─Ökszemu uk┼éadowi sprz─Ö┼╝onych wi─ůza┼ä nienasyconych stabilizuje materia┼é perowskitowy i pozwala na zwi─Ökszenie czasu ┼╝ycia no┼Ťnik├│w ┼éadunku.

Do wprowadzenia guanidyny w sie─ç krystaliczn─ů perowskitu u┼╝yto metody mechanochemicznej, polegaj─ůcej na ucieraniu we w┼éa┼Ťciwych proporcjach prekursor├│w o odpowiednio dobranej strukturze. Jak t┼éumacz─ů naukowcy, mechanochemia to prawdziwie zielona chemia, niewymagaj─ůca stosowania wysokich temperatur czy szkodliwych rozpuszczalnik├│w organicznych, a przy tym przyjazna dla portfela.

Badania sfinansowano w ramach projektu badawczego GOTSolar oraz z indywidualnego grantu badawczo-szkoleniowego imienia Marii Sk┼éodowskiej-Curie, b─Öd─ůcych cz─Ö┼Ťci─ů programu Horizon 2020 Unii Europejskiej.
W trakcie licznych pr├│b przeprowadzonych w grupie prof. Lewi┼äskiego ustalono, ┼╝e struktura krystaliczna perowskitu pozostaje trwa┼éa nawet wtedy, gdy 25% jon├│w metyloamoniowych zostanie zast─ůpionych kationami guanidynowymi. Zaawansowane badania dyfrakcyjne i metod─ů spektroskopii magnetycznego rezonansu j─ůdrowego (NMR) nie pozostawi┼éy w─ůtpliwo┼Ťci: przy tak dobranych proporcjach guanidyna harmonijnie wkomponowuje si─Ö w struktur─Ö krystaliczn─ů perowskitu.

Testy ogniw skonstruowanych z u┼╝yciem nowego, multikomponentowego perowskitu, zrealizowane w EPFL przez wsp├│┼épracuj─ůc─ů z warszawskimi chemikami grup─Ö prof. Gr├Ątzela, potwierdzi┼éy pierwotne przypuszczenia: guanidyna rzeczywi┼Ťcie zwi─Ökszy┼éa wydajno┼Ť─ç konwersji energii s┼éonecznej na elektryczn─ů z ok. 18% na ponad 19%, przy czym po zoptymalizowaniu warunk├│w otrzymywania ogniwa mo┼╝na oczekiwa─ç dalszego wzrostu wydajno┼Ťci. Jednocze┼Ťnie uda┼éo si─Ö podnie┼Ť─ç napi─Öcie wytwarzanego pr─ůdu do 1,1 V.

- Poprawa parametr├│w fotowoltaicznych w perowskitach zawieraj─ůcych jony guanidynowe nie jest mo┼╝e szczeg├│lnie spektakularna, ale bardzo wyra┼║na. Co wi─Öcej, wzrosty wida─ç nie w jednym, a w kilku istotnych parametrach - podkre┼Ťla prof. Lewi┼äski i dodaje: - Warto zwr├│ci─ç uwag─Ö, ┼╝e nasze perowskity z guanidyn─ů zawieraj─ů mniej lotn─ů amin─Ö i s─ů bardziej odporne na dzia┼éanie czynnik├│w zewn─Ötrznych od macierzystego perowskitu. Wy┼╝sza trwa┼éo┼Ť─ç ogniw fotowoltaicznych to niebagatelny argument przemawiaj─ůcy za ich komercjalizacj─ů.
reklama
reklama
reklama
reklama
Załaduj więcej newsów
December 11 2018 23:40 V11.10.6-1