Forskere ser detaljeret på grænsefladerne i perovskite solceller

Et samarbejde ledet af ICIQs Palomares -gruppe uddyber forståelsen for den indflydelse, som ændring af materialer i en perovskit -solcelle har på dets ydeevne. Resultaterne, offentliggjort i det peer-reviewed journal Energi- og miljøvidenskab informerer konstruktionen af ​​solcellens komponenter, og dermed øge deres kommercielle appel.

Perovskite-baserede solceller er den hurtigst udviklede solteknologi til dato. Siden de blev brugt første gang i 2009, perovskite solceller har opnået høje effektiviteter (over 22% ved standard solbestråling) til lave produktionsomkostninger. Selvom de fleste af perovskitkomponenterne er optimeret, der er stadig plads til forbedringer. Især med henvisning til de anvendte hulletransportmaterialer (HTM'er).

Samarbejdet, blandt forskere fra ICIQs Palomares- og Vidal -grupper, gruppen Physical Chemistry of Surfaces and Interfaces ved Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC) og IMDEA Nanocienca, belyser årsagerne bag de forskelle, der observeres i perovskites solcelleydelse ved at sammenligne fire forskellige HTM'er, der har tætte kemiske og fysiske egenskaber.

Små ændringer kan være kraftfulde

Perovskit-baserede solceller nærmer sig den stabilitet, der er nødvendig for at have tillid til som potentielle kommercielle produkter under arbejdsvilkår. Den største bekymring er de anvendte materialer-især spiro-OMeTAD, den mest udbredte HTM, som er tilbøjelig til nedbrydning. Derfor, aktuel forskning er fokuseret på at finde alternativer. "Forskere har designet nye molekyler, der kunne erstatte spiro-OMeTAD i årevis. Leder efter molekyler med lignende elektriske og optiske egenskaber end spiro-OMeTAD og håber at få lignende resultater. Men når de tester nye HTM'er, i stedet for at få lignende resultater, cellerne fungerede meget dårligt. Så vi besluttede at forstå, hvorfor dette skete, "forklarer Núria F. Montcada, en postdoktor ved Palomares -gruppen og en af ​​de første forfattere til papiret.

Forskerne indså, at nye molekyler med potentiale til at erstatte spiro-OMeTAD som HTM blev valgt på grundlag af deres egenskaber i opløsning. Imidlertid, i funktionelle solceller, disse molekyler fremstilles i form af tynde film, hvis overflader, på tur, er i kontakt med andre materialer, danner grænseflader. De oprettede grænseflader kan give ændringer i molekylernes egenskaber.

Gennem samarbejdet med ICMAB -forskere overfladearbejdsfunktionen for hvert HTM-lag på perovskites solceller blev målt for at konstatere, at "Spiro-OMeTAD energiniveauer stemmer perfekt overens med de andre komponenter i cellen, mens det energiske landskab er mindre gunstigt for lag af de testede nye HTM -molekyler. Overflader og grænseflader, der er skabt i solcellestakken, har en afgørende rolle i de funktionelle enheders præstationer, "siger Carmen Ocal, forsker på ICMAB.

"Vi skal være klar over, at perovskite-HTM-grænsefladen kan ændre energiniveauet og producere uønskede energiforskydninger. Vi er kommet for at demonstrere, at undersøgelsen af ​​molekyler skal matche de betingelser, hvorunder molekylet skal bruges-ellers molekyldesign er bare forsøg og fejl, "siger Montcada.