Vzhledem k vysokým ekologickým nákladům konvenčních zdrojů energie a omezeným zásobám fosilních paliv se důležitost obnovitelných zdrojů energie stala v posledních letech mnohem zjevnější. Účinné využití sluneční energie pro lidskou potřebu však bylo obtížným úkolem. Zatímco solární články na bázi křemíku lze použít k zachycení sluneční energie, jejich výroba v průmyslovém měřítku je nákladná. Výzkum z oddělení energetických materiálů a povrchových věd na Okinawském institutu vědy a technologie Graduate University (OIST), pod vedením Prof. Yabing Qi se zaměřil na použití organokovových halogenidových perovskitových filmů v solárních článcích. Tyto perovskitové filmy jsou vysoce krystalické materiály, které lze vytvořit velkým množstvím různých chemických kombinací a lze je nanášet s nízkými náklady. Nedávné publikace z laboratoře prof. Qi pokrývají tři různé oblasti inovací ve výzkumu perovskitových filmů: nová úprava po žíhání pro zvýšení účinnosti a stability perovskitu, objev produktů rozkladu konkrétního perovskitu a nový způsob výroby perovskitu, který udržuje solární účinnost po zvětšení.
Aby byly perovskitové fólie užitečné jako solární články, musí být schopny sklízet solární energii s vysokou účinností, která je nákladově efektivní, musí být relativně snadná na výrobu a musí být schopna odolat venkovnímu prostředí po dlouhou dobu doba. Dr. Yan Jiang v laboratoři Prof. Qi nedávno publikoval výzkum v Materials Horizons, který může pomoci zvýšit solární účinnost organokovového halogenidu perovskitu MAPbI3Zjistil, že použití roztoku methylaminu během následného žíhání vedlo ke snížení problémů spojených s hranicemi zrn. Hranice zrn se projevují jako mezery mezi krystalickými doménami a mohou vést k nežádoucí rekombinaci náboje. To je běžný jev u perovskitových filmů a může snížit jejich účinnost, takže zlepšení problémů s hranicemi zrn je nezbytné pro udržení vysokého výkonu zařízení. Nová úprava po žíhání Dr. Jianga vytvořila solární články, které měly tavené hranice zrn, redukovaly rekombinaci náboje a vykazovaly vynikající účinnost konverze 18,4 %. Jeho ošetřené perovskitové filmy také vykazovaly výjimečnou stabilitu a reprodukovatelnost, díky čemuž je jeho metoda užitečná pro průmyslovou výrobu solárních článků.
Jednou z největších nevýhod použití perovskitů ve srovnání s křemíkem v solárních článcích je jejich relativně krátká životnost. Abychom vytvořili solární článek, který odolá venkovnímu prostředí po dlouhou dobu, je klíčové určit hlavní produkty rozkladu perovskitu. Předchozí výzkum perovskitových filmů MAPbI3 vedl k závěru, že plynné produkty tepelné degradace tohoto materiálu byly methylamin (CH3NH 2) a jodovodík (HI). Vzrušující nový výzkum od Dr. Emilia J. Juareze-Pereze, rovněž v laboratoři prof. Qi, publikovaný v Energy & Environmental Science, ukazuje, že hlavními produkty degradace plynů jsou methyljodid (CH3 I) a místo toho čpavek (NH3). Dr. Juarez-Perez použil kombinaci termické gravimetrické diferenciální termické analýzy (TG-DTA) a hmotnostní spektrometrie (MS) ke správnému určení jak ztráty hmoty, tak chemické povahy těchto produktů. Protože produkty rozkladu byly nyní správně identifikovány, mohou výzkumníci hledat způsoby, jak zabránit degradaci materiálu, což povede ke stabilnějším materiálům pro použití v budoucnu.
Všudypřítomným problémem akademického výzkumu je často neschopnost rozšířit experimenty pro použití v průmyslu. Zatímco perovskitové filmy lze relativně snadno vyrobit v malém měřítku v laboratoři, může být obtížné je replikovat ve velkém měřítku potřebném pro hromadnou výrobu. Nový výzkum od Dr. Matthewa Leydena v Journal of Materials Chemistry A má potenciál značně usnadnit průmyslovou výrobu perovskitů. Jeho práce využívá chemické napařování, nákladově efektivní proces běžně používaný v průmyslu, k vytváření velkých solárních článků a modulů z perovskitů FAPbI3. Toto je jedna z prvních demonstrací perovskitových solárních článků a modulů vyrobených metodou široce používanou v průmyslu, díky níž je hromadná výroba perovskitových fólií snadnější. Vyrobené solární články a moduly jsou výrazně větší, např. 12 cm2, než ty, které se běžně studují na akademické půdě, typicky <0,3 cm2 Tyto solární moduly vykazují zvýšenou tepelnou stabilitu a relativně vysokou účinnost, což je působivé, protože mnoho perovskitových solárních článků drasticky ztrácí účinnost, jak jsou zvětšovány, takže tento typ výzkumu je užitečný pro komerční účely.
Výzkum výzkumné jednotky prof. Qi posunul perovskitové solární články o krok blíže k hromadné výrobě tím, že poskytuje řešení problémů účinnosti, životnosti a škálovatelnosti. S dalším vzrušujícím výzkumem na obzoru jednotka převádí sen o využití nákladově efektivních obnovitelných zdrojů energie do reality.
