Sekumpulan ahli kimia dari Universiti Kaunas Teknologi (KTU), Lithuania, membangunkan bahan baharu untuk sel solar perovskite. Selepas pempolimeran, ia boleh digunakan sebagai lapisan pengangkut lubang dalam kedua-dua sel solar seni bina biasa dan terbalik; dalam kedua-dua kes, unsur suria yang dibina mempunyai kecekapan penukaran kuasa dan kestabilan operasi yang lebih baik.
Sel solar Perovskite (PSC) telah menerima minat yang ketara daripada komuniti fotovoltaik kerana penukaran kuasa mereka yang meroket. Selain itu, PSC boleh ditingkatkan menggunakan proses pengeluaran kos rendah daripada bahan mentah yang banyak tersedia secara meluas. Aspek-aspek ini menunjukkan janji untuk PSC sebagai teknologi fotovoltaik arus perdana masa hadapan.
Walau bagaimanapun, kestabilan jangka panjang peranti solar perovskite di bawah keadaan kerja praktikal masih memerlukan penambahbaikan lanjut untuk memenuhi permintaan pasaran.
Satu novel terbitan 9,9'-spirobifluorena yang mengandungi kumpulan vinil boleh silang silang terma, yang disintesis oleh pasukan ahli kimia di KTU, Lithuania, boleh membantu menyelesaikan beberapa cabaran yang dinyatakan di atas. Selepas pemautan silang haba, rangkaian polimer tiga dimensi (3D) yang licin dan tahan pelarut telah terbentuk, yang digunakan sebagai bahan pengangkut lubang untuk membina sel suria perovskit.
“Kopolimerisasi berlaku pada suhu yang agak rendah (103°C), yang menjadikan teknologi selamat untuk digunakan dalam penuangan lapisan pada perovskite, yang tidak tahan pada suhu melebihi 140°C. Satu lagi aspek yang sangat penting ialah proses pempolimeran adalah sangat pantas, nampaknya disebabkan oleh konfigurasi spatial khusus monomer,” kata Šarunė Daškevičiūtė-Gegužienė, salah seorang pengarang ciptaan, Ph.D. pelajar di Fakulti Teknologi Kimia KTU.
Peranti yang terhasil mempamerkan kecekapan penukaran tenaga yang lebih baik dan, yang paling penting, kestabilan daripada bahan pengangkut lubang konvensional (PTAA atau Spiro-OMeTAD).
Kemungkinan pengkomersialan, paten belum selesai
PSC, berlapis, sel solar generasi baharu boleh mempunyai dua struktur arkiteknik—biasa (nip) dan terbalik (pin). Dalam yang terakhir, bahan pengangkut lubang didepositkan di bawah lapisan penyerap perovskite. Monomer, yang disintesis di makmal KTU dengan mudah menghasilkan polimer tiga dimensi (3D) tahan pelarut yang boleh digunakan dalam kedua-dua jenis sel solar perovskit.
"Sintesis polimer dijalankan dengan memanaskan lapisan monomer selama sekurang-kurangnya 15 minit, menghasilkan matriks polimer tidak larut berstruktur ruang," jelas Profesor Vytautas Getautis, Penyelidik Utama di kumpulan penyelidikan Synthesis of Organic Semiconductors di KTU.
Sehingga kini, prestasi terbaik sel solar perovskite struktur konvensional (nip) telah dicapai dengan jenis p yang dikaji dengan baik. semikonduktor Spiro-OMeTAD. Walau bagaimanapun, yang terakhir tidak menemui aplikasi dalam peranti struktur terbalik (pin) kerana keterlarutannya, kerana pelarut kutub yang digunakan dalam pengacuan lapisan perovskit melarutkan lapisan pengangkut lubang di bawah.
Derivatif 9,9'-spirobifluorena yang disintesis di makmal KTU menghasilkan lapisan polimer tahan pelarut organik berkait silang. Sementara itu, kopolimer terbitan 9,9'-spirobifluorena dengan dithiol (cth 4,4'-thiobisbenzenethiol), yang terbentuk pada lapisan perovskit dalam pembinaan peranti berstruktur (nip), melindunginya daripada pengaruh luar yang tidak diingini seperti kelembapan.
Menurut penyelidik, bahan sintesis novel mempunyai potensi pengkomersilan yang tinggi. Oleh itu, permohonan paten telah difailkan di pejabat paten EU, AS dan Jepun.
Kerjasama antara saintis Lithuania dan Jepun
Para penyelidik menekankan bahawa keputusan yang dicapai adalah hasil kerjasama yang berjaya antara saintis Lithuania dan Jepun.
“Selama beberapa tahun sekarang, kumpulan penyelidikan kami telah bekerjasama dengan Prof. Atsushi Wakamiya di Universiti Kyoto, yang terkenal dalam kalangan penyelidik sel solar perovskite bukan sahaja di Jepun tetapi juga di seluruh dunia. Merekalah yang mereka bentuk dan mencirikan sel suria perovskite menggunakan semikonduktor organik jenis p kami yang disintesis,” kata Prof. Getautis.
Sifat elektrik semikonduktor ini telah disiasat oleh rakan kongsi lama ahli kimia KTU, Prof. Vygintas Jankauskas dari Universiti Vilnius.
Kumpulan penyelidikan KTU, di bawah pimpinan Prof. Getautis, bertanggungjawab ke atas pelbagai inovasi dalam bidang teknologi solar. Antaranya ialah sebatian tersintesis, yang terhimpun sendiri menjadi lapisan nipis molekul yang bertindak sebagai bahan pengangkut lubang, yang telah digunakan untuk membina sel suria tandem silikon-perovskite yang memecahkan rekod.
Menurut Prof. Getautis, daripada semua tenaga boleh diperbaharui, tenaga suria mempunyai potensi terbesar dan paling kurang dieksploitasi. Walau bagaimanapun, terima kasih kepada penyelidikan baru, bidang ini berkembang dengan pesat. Dianggarkan menjelang 2050, kira-kira separuh daripada tenaga elektrik yang digunakan di Bumi akan dihasilkan daripada tenaga suria.
“Tenaga suria adalah hijau sepenuhnya—ia bebas pencemaran, dan ladang solar yang dipasang tidak memerlukan banyak penyelenggaraan. Mengingati peristiwa semasa dan krisis tenaga, semakin ramai orang berminat untuk memasang loji tenaga solar di rumah mereka atau berhutang sebahagian daripada ladang solar. Ia adalah masa depan tenaga,” kata Prof. Getautis.
Karya itu diterbitkan dalam jurnal Bahan & Antara Muka Gunaan ACS.