Levetiden for nye solcelleteknologier tidobles

Armi Tiihonen forsvarede sin doktorafhandling ved Aalto Universitetet den 6. april 2018 om aldring af nye slags perovskit og farvestofsensibiliserede solceller. Hun har udviklet måder at øge levetiden for solceller og foreslår også måder at forbedre ældningstest for dem.

"Perovskite solceller er ikke tidligere blevet undersøgt ved hjælp af en hurtig, lavtærskel fotograferingsmetode. Med det, vi kunne opdage selv den mindste desintegration i perovskitten. Dette kan betyde, at i nogle tilfælde, vores fotograferingsmetode kunne erstatte en mere grundig og besværlig metode kaldet røntgenkrystallografi, " siger doktorand Armi Tiihonen.

Fotograferingsmetoden kan være med til at afgøre, hvornår røntgenkrystallografi kan være nødvendig. Hvis der ikke kan registreres ændringer i fotograferingen, krystallografi kan udskydes. Fotografering gav også mere pålidelige resultater end optiske måleenheder, for eksempel.

Påvisningen er baseret på ændringer i farve, som ældning ofte fremkalder i cellerne. Elektrolytterne i farvestofsensibiliserede celler indeholder jod, der er lysegult og gradvist bliver gennemsigtigt med alderen. Ligeledes, perovskitceller bliver fra en meget mørk farve til gul, når perovskitten går i opløsning. Når disse ændringer bliver målbare, ældningsprocessen kan analyseres kvantitativt.

Den fotografiske metode kan være nyttig i industriel produktion af både perovskit og farvefølsomme solceller, fordi det er en hurtig og omkostningseffektiv måde at opdage ændringer forårsaget af aldring.

Tiihonens forskning omfatter omfattende analyser af ældningstest af perovskit og farvestofsensibiliserede solceller, og der blev observeret alvorlige mangler ved dem. Desuden, Tiihonen præsenterer sammen med sine kolleger måder til at øge cellernes levetid ved at reducere blegningen i elektrolytterne.

"Det er meget vigtigt at forstå ældningsmekanismen. Ved at modificere cellestrukturen og elektrolytten har vi formået at opnå så meget som en tidobling af solcellernes levetid, " understreger Docent Kati Miettunen.

Ved sammenligning af jod- og koboltelektrolytter, ældning blev observeret at bremse, når ladebæreren blev skiftet. Det viste sig, at jodelektrolytter ikke er den mere modstandsdygtige af de to, som det var antaget.

"Vi undersøgte virkningerne af miljøfaktorer på blegning af elektrolytter og ældning af cellerne. Reduktion af urenheder, såsom vand, og filtrering af UV-lys var vigtigt, men fordelene ved disse viste sig at være mindre væsentlige, end vi havde forventet, " tilføjer Tiihonen.

Farve-sensibiliserede celler har omfattende anvendelsesmuligheder, da de kan laves af mange forskellige kombinationer af materialer og i mange forskellige farver. Perovskit celler, i mellemtiden, er meget på mode på grund af deres hurtige udvikling:deres effektivitet er næsten tidoblet på et årti til omkring 20 procent.

Ud over deres forskningsarbejde, Armi Tiihonen, Kati Miettunen, Janne Halme og professor Peter Lund har aktivt foreslået forbedringer af forskningen på deres område. Seneste, de har udstedt et brev til Videnskab magasin, hvori det hedder, at med ældningstest af bedre kvalitet ville det være muligt at forlænge levetiden for perovskit og farvestofsensibiliserede solceller.