Skrå elektrostatisk indsprøjtningsaflejret titaniumoxidfilm fører til effektive perovskit-solceller

Behovet for effektivt at høste solenergi for en mere bæredygtig fremtid bliver i stigende grad accepteret over hele kloden. En ny familie af solceller baseret på perovskiter - materialer med en særlig krystalstruktur - konkurrerer nu med konventionelle siliciummaterialer for at tilfredsstille efterspørgslen på dette område. Perovskite solceller (PSC'er) bliver løbende optimeret til at opfylde deres kommercielle potentiale, og et hold ledet af forskere fra Kanazawa University har nu rapporteret en ny og enkel skrå elektrostatisk inkjet (OEI) tilgang til at afsætte et titaniumoxid (TiO) ₂ ) kompakt lag på FTO-mønstersubstrater uden behov for et vakuummiljø som et elektrontransportlag (ETL) for at forbedre effektiviteten af ​​PSC'er. Resultaterne er offentliggjort i Videnskabelige rapporter .

PSC'erne omfatter en stak af forskellige komponentlag, der alle har en specifik rolle. ETL, som ofte er sammensat af TiO ₂ , muliggør transport af elektroner - som bærer ladning - til elektroderne, mens de blokerer for transporten af ​​huller - som kan rekombinere med elektroner for at forhindre deres strømning. Etablering af en komplet TiO ₂ lag med den rigtige tykkelse, som er ensartet og fri for fejl, er derfor afgørende for at producere effektive solceller.

Mange af de talrige TiO ₂ deponeringsteknikker, der er rapporteret til dato, har tilhørende begrænsninger, dårlig dækning eller reproducerbarhed, eller være uegnet til opskalering. De kan også kræve udfordrende forberedelsesforhold såsom et vakuum. Forskerne rapporterer en simpel, lavpris OEI-metode, der opnår et kompakt lag uden at kræve vakuum.

"Vores teknik kan producere ensartede elektrontransportlag, hvis tykkelse kan varieres ved at kontrollere aflejringstiden." Studielederforfatter Adjunkt Dr. Md. Shahiduzzaman forklarer. "Solceller fremstillet ved hjælp af vores tilgang havde strømkonverteringseffektiviteter på op til 13,19 %, hvilken, givet de andre fordele ved vores teknik, er meget lovende for opskalering og kommercialisering."

Teknikken er baseret på aflejring af positivt ladede dråber, der tiltrækkes af en negativt ladet overflade. Tidligere rapporter, der brugte den samme elektrostatiske tilgang, opnåede lavere effektkonverteringseffektivitet, fordi dråberne dannede en stak på overfladen som følge af tyngdekraften. Introduktion af en skrå vinkel i processen - sprøjtning af TiO ₂ precursor ved 45° til overfladen - eliminerede virkningen af ​​tyngdekraften, fører til aflejring af et mere ensartet lag.

"En optimal ETL-aflejringsmetode skal tilbyde en række egenskaber for at resultere i en højeffektiv solcelle, " Dr. Shahiduzzaman forklarer. "Evnen til at kontrollere lagtykkelsen og opnå en ensartet, reproducerbart lag til lav pris, uden behov for et vakuum, giver en unik pakke af fordele, som ikke er blevet rapporteret til dato. Vi håber, at disse egenskaber vil føre til effektiv og kommercielt relevant opskalering, der vil bidrage til drivkraften mod renere energi på verdensplan."