Nye materialer kan hjælpe med at forbedre ydeevnen af ​​perovskit-solceller

Ny forskning kan føre til design af nye materialer for at hjælpe med at forbedre ydeevnen af ​​perovskit-solceller (PSC'er).

Perovskite-solceller er en ny fotovoltaisk teknologi, der har oplevet en bemærkelsesværdig stigning i energikonverteringseffektiviteten til over 20 procent.

Imidlertid, PSC-ydelsen påvirkes, da perovskitmaterialet indeholder iondefekter, der kan bevæge sig rundt i løbet af en arbejdsdag. Når disse defekter bevæger sig, de påvirker det indre elektriske miljø i cellen.

Perovskite-materialet er ansvarligt for at absorbere lys for at skabe elektronisk ladning, og også for at hjælpe med at trække ladningen ud i et eksternt kredsløb, før den går tabt til en proces kaldet 'rekombination'.

Størstedelen af ​​skadelig rekombination kan forekomme forskellige steder i solcellen. I nogle designs forekommer det overvejende i perovskitten, mens det i andre sker ved kanterne af perovskitten, hvor det kommer i kontakt med de tilstødende materialer kendt som transportlag.

Forskere fra universiteterne i Portsmouth, Southampton og Bath har nu udviklet en måde at justere egenskaberne af transportlagene for at tilskynde de ioniske defekter i perovskitten til at bevæge sig på en sådan måde, at de undertrykker rekombination og fører til mere effektiv ladningsekstraktion - hvilket øger andelen af ​​lysenergien, der falder på overfladen af ​​cellen, der i sidste ende kan bruges.

Dr. Jamie Foster fra University of Portsmouth, hvem der var involveret i undersøgelsen, sagde:"Omhyggeligt celledesign kan manipulere de ioniske defekter til at flytte til områder, hvor de forbedrer udvindingen af ​​elektronisk ladning, derved øger den nyttige kraft, som en celle kan levere."

Studiet, udgivet i Energi- og miljøvidenskab , viste, at ydeevnen af ​​PSC'er er stærkt afhængig af permittiviteten (målet for et materiales evne til at lagre et elektrisk felt) og den effektive dopingtæthed af transportlagene.

Dr. Foster sagde:"Forståelse af, hvordan og hvilke transportlagsegenskaber, der påvirker cellens ydeevne, er afgørende for at informere designet af cellearkitekturer for at opnå mest mulig kraft og samtidig minimere nedbrydning.

"Vi fandt ud af, at ionbevægelse spiller en væsentlig rolle i steady-state enhedens ydeevne, gennem den resulterende akkumulering af ionisk ladning og båndbøjning i smalle lag, der støder op til grænsefladerne mellem perovskitten og transportlagene. Fordelingen af ​​det elektriske potentiale er nøglen til bestemmelse af en celles transiente og steady-state adfærd.

"Udover dette, vi foreslår, at dopingdensiteten og/eller permittiviteterne for hvert transportlag kan justeres for at reducere tab på grund af grænsefladerekombination. Når denne og den takstbegrænsende afgiftsoperatør er blevet identificeret, vores arbejde giver et systematisk værktøj til at tune transportlags egenskaber for at forbedre ydeevnen."

Forskerne foreslår også, at PSC'er lavet ved hjælp af transportlag med lav permittivitet og doping er mere stabile, end dem med høj permittivitet og doping. Dette skyldes, at sådanne celler viser reduceret ion-tomgangakkumulering i perovskitlagene, som har været forbundet med kemisk nedbrydning ved kanterne af perovskitlaget.