Uusi materiaali kaksinkertaistaa aurinkokennojen hyötysuhteen
Perovskiitti-mineraalilla on erityinen kiderakenne, jonka ansiosta siitä valmistettu aurinkopaneeli hyödyntää auringonvaloa paremmin kuin perinteiset piihin perustuvat aurinkopaneelit. Nyt yhdysvaltalaistutkijat ovat kaksinkertaistaneet supermateriaalin energiatehon vaihtamalla aurinkokennon peilin.
Perovskiitista valmistettuihin aurinkokennoihin kohdistuu suuria odotuksia.
Aiempaa edullisempia aurinkopaneeleja, jotka hyödyntävät paremmin auringonvalon koko spektriä.
Odotukset perovskiitista valmistetuille aurinkopaneeleille ovat korkealla.
Innostusta lisäsi äskettäin New Yorkissa sijaitsevan Rochesterin yliopiston tutkijoiden raportti, joka osoittaa, että he ovat jopa kaksinkertaistaneet näiden superaurinkopaneelien hyötysuhteen.
Mineraalin kiderakenne imee enemmän auringonvaloa
Alkujaan perovskiitiksi kutsuttiin vain luonnossa esiintyvää kalsiumtitanaattia. Nykyisin perovskiitilla tarkoitetaan luonnossa esiintyviä ja ihmisen tekemiä synteettisiä mineraaleja, joilla on samanlainen kiderakenne kuin alkuperäisellä perovskiitilla.
Mustan tai valkean mineraalin kiderakenne antaa perovskiiteille ominaisuuden, jonka vuoksi ne kykenevät hyödyntämään auringonvaloa tehokkaasti.
Perovskiittien kiderakenne mahdollistaa sen, että niistä valmistetut aurinkopaneelit käyttävät hyödyksi myös auringon säteilyn ultravioletti- ja infrapuna-alueita. Ne ovat siten tehokkaampia kuin vain näkyvän valon alueella toimivat piistä valmistetut aurinkopaneelit.
Viime vuosikymmeninä on tutkittu aurinkopaneeleja, joissa käytetään perovskiittia ja lyijypohjaisia suoloja, joita kutsutaan nimellä LHP (lead-halid perovskite).
Sinisten ja punaisten pallojen muodostamat parit kuvaavat atomista irronneita elektroneja. Perovskiittikennoon asennetut metallilevyt pidentävät aikaa, jonka kuluessa elektroni etsii atomiaan. Näin kenno tuottaa sähköä pidempään.
Perovskiitista valmistetut aurinkokennot ovat tehokkaita ja edullisia valmistaa ja lisäksi ne ovat taipuisia. Aurinkokennojen muokattavuus avaa uusia mahdollisuuksia luoville ratkaisuille niin kennojen käytössä kuin asennuspaikoissakin.
Metalli nostaa hyötysuhdetta
Kwang Jin Leen johtama tutkimusryhmä Rochesterin yliopistosta on tehnyt kokeita, joissa aurinkokennojen perovskiittilevyt on yhdistetty toisesta materiaalista valmistettuihin levyihin.
Perinteisesti aurinkokennoissa on ollut ohut peiliä muistuttava kovasta lasista valmistettu kerros.
Kun Rochesterin yliopiston tutkijat vaihtoivat lasipeilin ohueen metallikerrokseen, perovskiittiaurinkopaneelit muuttivat aiempaan verrattuna 250 prosenttia enemmän valonsäteitä sähköksi.
Kun valon fotonit imeytyvät aurinkokennoon, ne irrottavat elektronit atomistaan, jolloin syntyy sähkövirtaa aurinkokennojen virtajohtimiin. Kun elektronit taas liittyvät atomiin, syntyy lämpöä, jota ei voida muuttaa sähköksi.
Metallilevyt pidentävät aikaa, jonka kuluessa elektroni etsii atomiaan. Näin myös sähköä saadaan pidemmän aikaa.
Miettimisen arvoisia lukuja
Levy on kuin peili, joka peilaa perovskiittikiteiden rakennetta. ”Yllättävien fysiikan ilmiöiden vuoksi aurinkopaneelien teho kasvaa”, selittää tutkijaryhmän jäsen Chunlei Guo Science Alertille.
Vaikka perovskiittiaurinkopaneelit tarjoavat paljon hyötyä, niiden suhteellisen lyhyt elinikä antaa tutkijoille vielä pohtimista.