Ερευνητές του UNSW πέτυχαν παγκόσμιο ρεκόρ αποδοτικότητας μετατροπής ενέργειας 13,2% για ηλιακά κύτταρα υψηλής ενεργειακής ζώνης από κεστερίτη (CZTS) με εργαστηριακό κύτταρο που έχει βελτιωθεί με υδρογόνο.
Το CZTS, μία ένωση χαλκού, ψευδαργύρου, κασσίτερου και θείου, είναι ένα λεπτό, εύκαμπτο υλικό υψηλής ενεργειακής ζώνης που προσφέρει μια ελπιδοφόρα εναλλακτική σε σχέση με το πιο ευρέως μελετημένο περοβσκίτη ως υποψήφιο κύτταρο κορυφής για διπλές κυψέλες, καθώς είναι φιλικό προς το περιβάλλον, οικονομικό στην κατασκευή και γνωστό για τη μακροχρόνια απόδοσή του.
Η αποδοτικότητα μετατροπής ενέργειας του υλικού, ωστόσο, έχει παρεμποδιστεί από σχετικά χαμηλά ποσοστά, λόγω των ελαττωμάτων που δημιουργούνται στο CZTS κατά την παραγωγή του. Η καθηγήτρια Xiaojing Hao και η ομάδα της από τη Σχολή Φωτοβολταϊκής Μηχανικής και Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας του UNSW λένε ότι έχουν βοηθήσει να λυθεί αυτό το πρόβλημα θερμαίνοντας το ηλιακό κύτταρο CZTS σε ατμόσφαιρα που περιέχει υδρογόνο. «Με απλά λόγια, για να δημιουργήσεις CZTS, παίρνεις χαλκό, κασσίτερο, ψευδάργυρο και θείο και τα "μαγειρεύεις" μαζί σε μία συγκεκριμένη θερμοκρασία, που το μετατρέπει σε υλικό κατάλληλο για χρήση ως ημιαγωγός», δήλωσε η Hao. «Το δύσκολο μέρος είναι να ελέγξεις τα ελαττώματα που εισάγονται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας. Αυτό που δείξαμε σε αυτή την έρευνα είναι ότι η εισαγωγή υδρογόνου μπορεί να εξασφαλίσει ότι αυτά τα ελαττώματα έχουν μικρότερη επίδραση, κάτι που είναι γνωστό ως παθητικοποίηση. Επειδή το υδρογόνο ρυθμίζει τα ελαττώματα μέσα στο CZTS, αυτό βοηθά στην αύξηση της αποδοτικότητάς του στη μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια.»
Η ομάδα του UNSW είχε πετύχει 11% αποδοτικότητα σε κύτταρα CZTS το 2018, αλλά από τότε η πρόοδος είχε σταματήσει. Η Hao δήλωσε ότι ελπίζει η νέα ανακάλυψη να επιταχύνει τις πιθανότητες του CZTS να φτάσει το 15% αποδοτικότητας μέσα στο επόμενο έτος και προβλέπει την εμπορευματοποίησή του έως το 2030.
Η ομάδα του UNSW, που περιλαμβάνει τους Kaiwen Sun και Jialiang Huang, ερευνά επίσης τον περοβσκίτη – ο οποίος έχει φτάσει σε επίπεδα αποδοτικότητας κοντά στο 27% αλλά υποβαθμίζεται γρήγορα – ως πιθανό υλικό που θα μπορούσε να συνεργαστεί με το πυρίτιο σε διπλές φωτοβολταϊκές κυψέλες.«Η μεγάλη εικόνα εδώ είναι ότι θέλουμε τελικά να κάνουμε την ηλεκτρική ενέργεια φθηνότερη και πιο πράσινη στη δημιουργία της», είπε η Hao. «Τα πυριτικά μοντέλα έχουν σχεδόν φτάσει το όριο της θεωρητικής τους αποδοτικότητας, οπότε αυτό που προσπαθούμε να απαντήσουμε είναι το ερώτημα της βιομηχανίας φωτοβολταϊκών για το από τι θα αποτελείται η επόμενη γενιά κυψελών.»
