ในหลาย ๆ ด้าน perovskites กลายเป็นวัสดุเซลล์แสงอาทิตย์ที่มี บาคาร่า แนวโน้มมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบคุณสมบัติใหม่ที่น่าตื่นเต้นและปรับการใช้วัสดุอย่างประณีต แต่ไม่มีวัสดุใดที่สมบูรณ์แบบ ดังนั้น ตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์กำลังค้นหาวิธีที่จะเอาชนะข้อจำกัดในโลกแห่งความเป็นจริงของ perovskites ปัญหาเร่งด่วนที่สุดคือความไม่เสถียร Van de Lagemaat กล่าว ระดับประสิทธิภาพสูงที่รายงานจากห้องปฏิบัติการมักใช้เวลาเพียงไม่กี่วันหรือหลายชั่วโมงก่อนที่วัสดุจะสลายตัว
การจัดการกับเสถียรภาพเป็นปัญหาที่ฉูดฉาดน้อยกว่าการไล่ตามบันทึกประสิทธิภาพ Van de Lagemaat ชี้ให้เห็น ซึ่งอาจเป็นเหตุผลว่าทำไมตอนนี้จึงได้รับความสนใจ ความเสถียรไม่ใช่ตัวเลขเดียวที่คุณสามารถอวดได้ เช่น ค่าประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังกำหนดได้ยากขึ้นเล็กน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากเซลล์แสงอาทิตย์มีอายุการใช้งานนานเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม เช่น ความชื้นและระดับน้ำฝน ซึ่งแตกต่างกันไปตามสถานที่
การห่อหุ้มเซลล์ด้วยสารเคลือบกันน้ำเป็นกลยุทธ์หนึ่งแต่นักวิทยาศาสตร์บางคนต้องการเพิ่มความเสถียรของวัสดุเอง
ในการทำเช่นนั้น พวกเขากำลังทดลองกับการออกแบบ Perovskite ที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น โซลาร์เซลล์ที่ประกอบด้วยแผ่นเพอร์รอฟสเกตที่มีลักษณะแบนราบคล้ายกราฟีนดูเหมือนจะรองรับได้ดีกว่าโซลาร์เซลล์ที่มีคริสตัลสามมิติแบบมาตรฐานและชั้นที่พันกัน
ใน perovskites แบบ 2 มิติเหล่านี้ ไอออนของเมทิลแอมโมเนียมบางส่วนจะถูกแทนที่ด้วยสิ่งที่ใหญ่กว่า เช่น บิวทิลแลมโมเนียม นักเคมี Aditya Mohite จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอาลามอสในนิวเม็กซิโกกล่าวว่าการแลกเปลี่ยนไอออนที่ใหญ่กว่าจะบังคับให้คริสตัลก่อตัวเป็นแผ่นหนาเพียงนาโนเมตรซึ่งวางทับกันเหมือนหน้ากระดาษในหนังสือ บิวทิลแลมโมเนียมไอออน ซึ่งขับไล่น้ำตามธรรมชาติ สร้างชั้นตัวเว้นวรรคระหว่างแผ่น 2 มิติ และหยุดไม่ให้น้ำซึมเข้าไปในผลึก
การจัดเลเยอร์ 2 มิติให้ถูกต้องได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นเรื่องยาก Mohite กล่าว แต่ด้วยการควบคุมรูปแบบชั้นต่างๆ อย่างแม่นยำ เขาและเพื่อนร่วมงานจึงสร้างโซลาร์เซลล์ที่มีประสิทธิภาพ 12.5 เปอร์เซ็นต์ในขณะที่ยืนรับแสงและความชื้นได้นานกว่าแบบจำลอง 3 มิติที่คล้ายกัน ทีมงานรายงานในปี 2016 ในNature แม้ว่าจะถูกป้องกันด้วยชั้นกระจก แต่โซลาร์เซลล์ perovskite 3-D ก็สูญเสียประสิทธิภาพอย่างรวดเร็วภายในเวลาไม่กี่วัน ในขณะที่ 2-D perovskite จะเหี่ยวเฉาเพียงเล็กน้อยเท่านั้น (หลังจากสามเดือนแล้ว เวอร์ชัน 2 มิติยังคงใช้งานได้เกือบเหมือนเดิมในตอนแรก)
แม้จะมีโครงสร้างที่ดูเหมือนซับซ้อนของ perovskites 2-D แต่ก็ไม่ได้ซับซ้อนมากไปกว่าการสร้างสามมิติของพวกเขา Mercouri Kanatzidis นักเคมีจาก Northwestern และผู้ทำงานร่วมกันในโครงการ 2-D perovskite กล่าว ด้วยส่วนผสมที่เหมาะสม เขากล่าวว่า “พวกมันก่อตัวขึ้นเอง”
เป้าหมายของเขาในตอนนี้คือการเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์ perovskite แบบ 2 มิติ ซึ่งยังไม่ตรงกับเซลล์ 3 มิติของพวกมัน และเขากำลังทดสอบไอออนที่กันน้ำได้หลายแบบเพื่อให้มีความเสถียรในอุดมคติโดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพลง
นักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ ได้ผสม perovskites 2-D และ 3-D เพื่อสร้างเซลล์ที่มีอายุการใช้งานยาวนานเป็นพิเศษ – อย่างน้อยก็ตามมาตรฐาน perovskite แผงโซลาร์เซลล์ที่ทำจากเซลล์เหล่านี้มีประสิทธิภาพเพียง 11 เปอร์เซ็นต์แต่สามารถให้แสงสว่างได้นานถึง 10,000 ชั่วโมงหรือมากกว่าหนึ่งปี ตามการวิจัยที่ตีพิมพ์ในเดือนมิถุนายนที่Nature Communications และที่สำคัญ ประสิทธิภาพนั้นได้รับการบำรุงรักษาไว้บนพื้นที่ประมาณ 50 ตารางเซนติเมตร ซึ่งเทียบเท่ากับสภาพจริงมากกว่าเซลล์ขนาดเล็กที่ผลิตในห้องปฏิบัติการวิจัยส่วนใหญ่
สถานที่สำหรับ perovskites?
ด้วยการเพิ่มความเสถียรของเซลล์สุริยะ perovskite จึงเข้าใกล้ความเป็นจริงในเชิงพาณิชย์มากขึ้น และนักวิทยาศาสตร์กำลังประเมินว่าวัสดุที่จับแสงสามารถทำเครื่องหมายไว้ที่ใด
แฟน ๆ บางคนใช้ซิลิกอนของ perovskites แบบตัวต่อตัวโดยบอกว่ามือใหม่สามารถแทนที่วัสดุที่ผ่านการทดสอบตามเวลาในวันหนึ่ง Sarah Kurtz ผู้อำนวยการร่วมของ National Center for Photovoltaics แห่ง National Renewable Energy Lab กล่าว แต่การปฏิวัติโดยรวมอาจไม่ใช่เป้าหมายที่เป็นจริง
“ผู้คนต่างพูดกันมานานหลายทศวรรษแล้วว่าซิลิคอนไม่สามารถลดราคาเพื่อตอบสนองความต้องการของเราได้” เคิร์ตซ์กล่าว แต่เธอชี้ให้เห็นว่าราคาของพลังงานแสงอาทิตย์จากแผงที่ใช้ซิลิกอนลดลงต่ำกว่าที่คาดการณ์ไว้มาก มีแผงโซลาร์เซลล์ซิลิคอนจำนวนมาก และโรงงานผลิตเชิงพาณิชย์จำนวนมากได้ตั้งขึ้นเพื่อจัดการกับซิลิคอนแล้ว นั่นเป็นอุปสรรคต่อเทคโนโลยีใหม่ไม่ว่าจะดีแค่ไหนก็ตาม ทางเลือกซิลิคอนอื่นๆ เผชิญกับข้อจำกัดเดียวกัน “ในอดีต ซิลิคอนมีความโดดเด่นอยู่เสมอ” เคิร์ตซ์กล่าว
สำหรับสไนธ นั่นไม่ใช่ปัญหา เขาได้ร่วมก่อตั้งบริษัท Oxford Photo-voltaics Limited ซึ่งเป็นหนึ่งในบริษัทแรกๆ ที่พยายามทำการค้าเซลล์แสงอาทิตย์แบบ perovskite ทีมของเขา กำลังพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ ที่มีชั้น perovskite เหนือเซลล์ซิลิคอนมาตรฐานเพื่อสร้างเซลล์สองชั้นที่มีประสิทธิภาพสูง ด้วยวิธีนี้ Snaith กล่าวว่าทีมงานสามารถใช้ประโยชน์จากเครื่องจักรจำนวนมหาศาลที่ตั้งค่าไว้แล้วเพื่อสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนในเชิงพาณิชย์ได้
ชั้น perovskite ที่ด้านบนของซิลิกอนจะดูดซับโฟตอนที่มีพลังงานสูงกว่าและเปลี่ยนเป็นไฟฟ้า โฟตอนพลังงานต่ำที่ไม่สามารถกระตุ้นอิเล็กตรอนของ perovskite จะผ่านไปยังชั้นซิลิกอนซึ่งยังคงสามารถสร้างกระแสได้ การรวมวัสดุหลายชนิดในลักษณะนี้เป็นไปได้ที่จะจับโฟตอนมากขึ้นทำให้เซลล์มีประสิทธิภาพมากขึ้น บาคาร่า / ลายสัก
