Et strejf af zirkonium for bedre at fange solen

Transparente ledende film, der slipper igennem et bredere spektrum af solspektret, er udviklet af KAUST og er indstillet til at øge effektkonverteringseffektiviteten af ​​perovskit-baserede multijunction solceller ud over 30 procent. Forbedret effektivitet gør disse enheder mere kommercielt tiltalende.

Effektkonverteringseffektiviteten af ​​perovskit-solceller er steget drastisk i løbet af det sidste årti. Tandem solceller - dem, der kombinerer et stort båndgab, en semitransparent perovskit-topcelle og en siliciumbundcelle med lavt båndgab – har opnået maksimal effektkonverteringseffektivitet på 28 procent, udkonkurrerende single-junction silicium solceller.

Ydeevnen af ​​perovskit-baserede tandemsolceller hviler på topcellens evne til at høste den blå del af solspektret, mens den slipper igennem det nær-infrarøde lys. Omvendt bundcellen behøver kun at absorbere nær-infrarødt lys. "Den øverste celles semitransparens afhænger af det optiske båndgab og tykkelsen af ​​den tynde perovskitfilm samt karakteristikaene af de gennemsigtige elektroder, især deres soleksponerede side, " forklarer studieleder Stefaan De Wolf fra KAUST Solar Center.

Ideelle transparente elektroder udviser høj ledningsevne og bredbåndsgennemsigtighed, hvilket reducerer energitab og forbedrer enhedens ydeevne gennem hele solspektret. Indiumtinoxid er det gennemsigtige ledende materiale til solceller, men dens afvejning mellem ledningsevne og gennemsigtighed er ikke ideel. Denne afvejning er manifesteret gennem kun moderat elektronmobilitet og parasitisk absorption - et fænomen, der konkurrerer med lysabsorptionen, der er ansvarlig for den nuværende generation. Metaller, såsom titanium og molybdæn, er blevet brugt som dopingmidler til indiumoxid-baserede elektroder for at forbedre denne afvejning, men deres forhøjede behandlingstemperaturer gør dem uegnede til perovskit-baserede tandemceller.

Som et alternativ De Wolf, Erkan Aydin og kolleger fra KAUST og University of Twente har nu fremstillet transparente elektroder ved hjælp af zirconium-doteret indiumoxid (IZRO). "Dette materiale passer til vores perovskit-baserede tandemsolceller på grund af dets karakteristiske egenskaber, især dens brede båndgab på over 3,5 elektronvolt, høj ledningsevne og høj nær-infrarød gennemsigtighed, " siger Aydin.

I modsætning til deres zirkoniumfrie modstykker, de oprindeligt amorfe IZRO-film dannede store krystaller, når de blev opvarmet til 200 grader Celsius i 25 minutter under omgivende forhold, tyder på, at zirconium-doping fremmer krystallinitet. De udglødede film viste højere gennemsigtighed og ledningsevne end deres ubehandlede forstadier, som direkte forbinder krystallinitet med elektrodeydelse.

Når det er inkorporeret i perovskit-silicium tandemceller, IZRO-elektroderne forbedrede bundcellens respons sammenlignet med deres konventionelle modstykker. Dette øgede effektkonverteringseffektiviteten fra 23,3 til 26,2 procent, "En bemærkelsesværdig forbedring for mekanisk stablede tandem solceller, " siger Aydin.