Nikkel anódrács készítése perovszkit napelemcellához
A tudományos közösség által a huszadik század második felétől rendszeresen publikált számtalan előrejelzés, javaslat, figyelmeztetés és az ilyen irányú fejlesztésekbe befektetett nagymennyiségű pénz ellenére a megújuló energiahordozókra való áttérés 2023-ra korántsem érte el a szükséges mértéket. Ezen áttérés fontosságát talán nem szükséges hangoztatnom, mindannyian érezzük a saját bőrünkön a klímaváltozást, melyet az emberi ipari tevékenység okozta üvegházhatású gázkibocsátás - melynek számottevő részét a fosszilis energiahordozók kitermelése és elégetése okoz - jelentősen felgyorsított. A fosszilis energiahordozók továbbá véges mennyiségben állnak rendelkezésre, és vételárukat, így a belőlük nyert energia árát is, a világpolitika szeszélyei határozzák meg. Ezzel szemben a megújuló energiaforrások, melyek közül legjelentősebb a Napból közvetlenül nyert hő- és villamos energia, rendelkezésre fognak állni a fosszilis energiahordozók elfogyása után is, hasznosításuk költsége nagyjából állandó, és elérhetőségük és áruk nem függ politikai és diplomáciai viszonyoktól, ezáltal biztosíthatják egy állam részleges vagy teljes energiafüggetlenségét.
A napenergiát, mely fényként érkezik a Föld felszínére, a leghatékonyabban és legnagyobb mennyiségben a fotovoltaikus hatáson alapuló napelemekkel lehet hasznosítani. A napelemcellák olyan vezető anyagokból és szerves vagy szervetlen félvezető anyagokból álló rétegszerkezetek, melyek a beérkező fotonokat elnyelik, és azok hatására elektromos feszültséget hoznak létre, és rajtuk áram folyhat. Jelenleg a legelterjedtebbek a kristályos Szilíciumból készült napelemcellák, melyek előállítása körülményes és környezetszennyező. Alacsony árukat is csak annak köszönhetik, hogy az integrált áramkörökével és egyéb félvezető eszközökével azonos alapanyagból, infrastruktúrával, és nagyjából azonos technológiai lépésekkel készülnek. A Szilícium napelemcellák kiváltására számos alternatív napelemcella áll aktív fejlesztés alatt, melyek közül az utóbbi években a legnépszerűbbek, és legnagyobb ütemű fejlődést mutatók a perovszkit napelemcellák (PSC-k).
Tanszékünk egy munkacsoportja is foglalkozik perovszkit napelemcella fejlesztésével, mely alkalmazásában rugalmasabb, egyszerűbben előállítható, egyedi igényekhez és felhasználási területekhez igazítható, és a szilícium napelemcellával azonos vagy annál magasabb hatásfokú alternatívát nyújthat a jelenleg használt szilícium napelemekre. Ehhez viszont számos problémát kell még leküzdeni, melyek a PSC-k piacra kerülését akadályozzák.
A perovszkit napelemcella előállításának egyik legnagyobb kihívását a használt szerves-ólom-halid perovszkit nehezen irányítható kristályosodása jelenti. Jelen dolgozatban erre mutatok be egy új megoldást, melyben a perovszkit egyenletes kristályosodását Nikkel rács segíti a napelemcella hátoldala felől. Ezt termikusan oxidálva vékony NiO réteg keletkezik a perovszkit és a rács között, ami betölti a PSC megfelelő működéséhez szükséges lyukvezető réteg szerepét is. A rács elősegíti az egyenletes kristályosodást, de nem gátolja a perovszkit oldószerének párolgását, és lévén vezető anyagból, hátoldali elektródaként is működik.
A dolgozatban ezen Nikkel anódrács előállítására mutatok be technológiai lépéssort, valamint áttekintem a tervezett teljes napelemcella felépítését, előállításának lehetséges módját, kihívásait, és a napelemcella további fejlesztési irányait.
szerző
-
Kovács Máté
Villamosmérnöki szak, alapképzés
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Dr. Plesz Balázs
egyetemi docens, Elektronikus Eszközök Tanszék -
Rózsás Gábor
Tudományos segédmunkatárs, Elektronikus Eszközök Tanszék
