Ny tilgang til perovskit-solceller – billigere produktion og høj effektivitet

Et team af kemikere fra Kaunas University of Technology (KTU), Litauen sammen med fysikere fra Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) videnskabsinstitut, Tyskland, tilbyder en ny tilgang til selektiv lagdannelse i perovskit-solceller. Molekylet, syntetiseret af KTU-kemikerne, samler sig selv i et enkeltlag, som kan dække en række forskellige overflader og kan fungere som et økonomisk hultransporterende materiale i en perovskit-solcelle.

Perovskit-baserede solceller fører til nye solceller, og allerede konkurrerende med veletablerede solcelleteknologier, der bruges i solpaneler rundt om i verden. Et vigtigt skridt mod masseproduktion af denne nye generation af solceller er udviklingen af ​​effektive selektive kontaktlag, der ville være kompatible med aflejring af perovskitlag på forskellige substrater.

Spin-coating og dampaflejring er de to vigtigste metoder, der i øjeblikket anvendes til dannelse af perovskitlag i solceller. Spin-coating involverer drypning af flydende opløsning på roterende overflader; under processen, en stor mængde af materialet går tabt. Dampaflejring kræver høje temperaturer og komplekse vakuumteknologier, og ikke alle molekyler er egnede til at fordampe.

KTU kemikere har syntetiseret et molekyle, der samler sig selv i et monolag, og som jævnt kan dække enhver oxidoverflade - inklusive teksturerede overflader af siliciumsolcellerne, der bruges i tandemarkitekturer.

"Det er ikke polymer, men mindre molekyler, og monolaget dannet af dem er meget tyndt. Det her, og det faktum, at monolaget dannes ved at dyppe overfladen i opløsningen, gør denne metode meget billigere end de eksisterende alternativer. Også, syntesen af ​​vores forbindelse er en meget kortere proces end den for polymeren, der normalt bruges til produktion af perovskit-solceller, " siger Ernestas Kasparavičius, Ph.D. studerende ved KTU Fakultet for Kemisk Teknologi.

Det syntetiserede materiale skulle testes. Teamet af fysikere fra HZB i Berlin, Tyskland ledet af Dr. Steve Albrecht, i samarbejde med KTU ph.d.-studerende Artiom Magomedov med succes brugte dette nye materiale som et hultransporterende lag i perovskit-solceller.

"I vores laboratorium i Kaunas studerede vi brugen af ​​de selvorganiserende molekyler til at danne elektrodelaget så tyndt som 1-2 nm, jævnt dækker hele overfladen. Under mit praktikophold i Berlin var jeg i stand til at anvende vores materiale og producere et første fungerende solcelleelement med blot en enkeltlagstyk selektiv kontakt, " siger Magomedov, en forsker ved KTU Fakultet for Kemisk Teknologi.

Denne selvsamlende monolagsteknik opnår ekstremt lavt materialeforbrug og høj effektivitet - elementets effektkonverteringseffektivitet var tæt på 18 procent, hvilket er usædvanligt højt for en ny teknologi. Også, når det selvsamlende monolag bruges som et hultransporterende lag i perovskitceller, ingen tilsætningsstoffer er nødvendige for at forbedre ydeevnen. Dette kan forbedre elementernes levetid betydeligt. Efter den første succes, forskere ved KTU syntetiserer nye materialer til monolagsdannelse. De første test af de optimerede materialer hos HZB førte til celler med over 21 procent effektivitet.