Kajian menerangkan novel semua perovskite tandem suria sel yang berpotensi untuk menyediakan cara yang murah dan lebih cekap untuk memanfaatkan tenaga Matahari untuk menjana kuasa elektrik
Pergantungan kami kepada sumber yang tidak boleh diperbaharui tenaga dipanggil bahan api fosil seperti arang batu, minyak, gas telah memberi kesan negatif yang sangat besar kepada manusia dan alam sekitar. Pembakaran bahan api fosil menambah kesan rumah hijau dan menyebabkan pemanasan global, memusnahkan habitat, menyebabkan pencemaran udara, air dan tanah serta menjejaskan kesihatan awam. Terdapat keperluan mendesak untuk membina teknologi mampan yang boleh membantu kuasa dunia menggunakan tenaga bersih. Tenaga solar teknologi adalah salah satu kaedah yang mempunyai keupayaan untuk memanfaatkan cahaya Matahari - sumber tenaga boleh diperbaharui yang paling banyak - dan menukarkannya kepada tenaga atau kuasa elektrik. Faktor kelebihan suria tenaga dari segi memberi manfaat kepada manusia dan alam sekitar telah memainkan peranan penting dalam menggalakkan penggunaan suria tenaga.
Silikon adalah bahan yang biasa digunakan untuk membuat suria sel di panel solar yang terdapat di pasaran hari ini. Proses fotovoltaik bagi suria sel boleh menukar cahaya matahari kepada elektrik tanpa menggunakan sebarang bahan api tambahan. Reka bentuk dan kecekapan silikon suria panel telah bertambah baik dengan ketara selama beberapa dekad berikutan kemajuan dalam pembuatan dan teknologi. Kecekapan fotovoltan a suria sel ditakrifkan sebagai bahagian tenaga yang dalam bentuk cahaya matahari dan yang boleh ditukar menjadi elektrik. Kecekapan fotovoltaik dan kos keseluruhan adalah dua faktor pengehad utama dalam suria panel hari ini.
Selain daripada silikon suria sel, tandem suria sel juga tersedia di mana sel khusus digunakan yang dioptimumkan untuk setiap bahagian spektrum Matahari dengan itu membawa kepada peningkatan kecekapan keseluruhan. Bahan yang dipanggil perovskit dianggap lebih baik daripada silikon dalam menyerap foton biru bertenaga tinggi daripada cahaya matahari iaitu bahagian lain spektrum Matahari. Perovskit ialah bahan polihablur (biasanya metilammonium plumbum trihalida (CH3NH3PbX3, di mana X ialah iodin, bromin atau atom klorin). Perovskit mudah diproses menjadi lapisan menyerap cahaya matahari. Kajian terdahulu telah menggabungkan silikon dan perovskit ke dalam sel solar iaitu mempunyai sel silikon pada atas yang boleh menyerap foton kuning, merah dan dekat inframerah bersama-sama dengan sel perovskite sehingga hampir menggandakan pengeluaran kuasa.
Dalam satu kajian baru yang diterbitkan di Malaysia Sains/Ilmu pada 3 Mei penyelidik telah buat pertama kalinya membangunkan semua sel solar tandem perovskite yang memberikan kecekapan sehingga 25 peratus. Bahan ini dipanggil filem perovskite jurang jalur rendah plumbum bercampur timah ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA untuk formamidinium dan MA untuk metilammonium). Timah mempunyai kelemahan apabila bertindak balas dengan oksigen daripada udara mewujudkan kecacatan pada kekisi kristal yang boleh mengganggu pergerakan cas elektrik dalam suria sel dengan itu mengehadkan kecekapan sel. Penyelidik menemui cara untuk menghalang timah dalam perovskit daripada bertindak balas dengan oksigen. Mereka menggunakan sebatian kimia yang dipanggil guanidinium thiocyanate untuk meningkatkan dengan ketara sifat struktur dan optoelektronik filem perovskit jurang jalur rendah campuran plumbum-timah. Sebatian guanidinium tiosianat menyaluti kristal perovskit dalam suria menyerap filem sekali gus menghalang oksigen daripada masuk ke dalam untuk bertindak balas dengan timah. Ini terus meningkatkan kecekapan sel suria daripada 18 hingga 20 peratus. Selain itu, apabila bahan baharu ini digabungkan dengan lapisan perovskit atas yang menyerap tinggi secara konvensional, kecekapan meningkat lagi kepada 25 peratus.
Kajian semasa menerangkan buat kali pertama reka bentuk sel suria tandem menggunakan semua filem nipis perovskite dan teknologi ini suatu hari nanti boleh menggantikan silikon dalam sel suria. Bahan baharu ini berkualiti tinggi, murah dan pembuatannya lebih mudah manakala kosnya rendah berbanding sel tandem silikon dan silikon-perovskites. Perovskit adalah bahan buatan manusia berbanding silikon dan panel solar berasaskan perovskit adalah fleksibel, ringan dan separa lutsinar. Walaupun bahan semasa akan mengambil sedikit masa untuk mengatasi kecekapan teknologi silikon-perovskite. Namun begitu, filem polihabluran berasaskan perovskit mempunyai potensi untuk mereka bentuk sel solar tandem yang boleh memberikan kecekapan sehingga 30 peratus sambil mengekalkan faktor lain tanpa halangan. Kajian lanjut diperlukan untuk menjadikan bahan itu teguh, lebih stabil dan juga boleh dikitar semula untuk mengurangkan kesan terhadap alam sekitar. Sektor tenaga suria adalah salah satu yang paling pesat berkembang dan matlamat utama adalah untuk menemui alternatif yang menjanjikan untuk tenaga bersih.
***
{Anda boleh membaca kertas penyelidikan asal dengan mengklik pautan DOI yang diberikan di bawah dalam senarai sumber yang dipetik}
Sumber (s)
Tong J. et al. Jangka hayat pembawa 2019 >1 μs dalam perovskit Sn-Pb membolehkan sel solar tandem semua perovskit yang cekap. Sains, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
