Forskere opretter enkeltkrystal perovskit solceller

Fotovoltaisk omdannelse betragtes som den ultimative løsning på det stigende behov for energi, men traditionelle siliciumbaserede solceller er dyre at producere, og selve produktionen indebærer et intensivt energiforbrug. Nye hybride organisk-uorganiske solceller baseret på perovskit CH ₃ NH ₃ PbI ₃ , på den anden side, er ikke kun billige at behandle, men også fleksible, og er derfor bredt forfulgt som en af ​​de mest lovende næste generations fotovoltaiske konverteringsteknologier.

Siden første gang blev rapporteret i 2009, den perovskite solcelles solcelleomdannelseseffektivitet er steget spektakulært fra 3,81 procent til 22,1 procent på bare syv år, og denne hidtil usete stigning har givet anledning til verdensomspændende jagt på nye effektivitetsrekorder. Alligevel, i de sidste to år, tempoet i perovskite solcelleeffektivitetsgevinster er aftaget betydeligt på trods af afstanden fra den forventede teoretiske grænse på 31 procent. Derfor, forskere udforsker nye strategier for yderligere at forbedre perovskit-solcellens ydeevne.

De nuværende perovskit-solceller er baseret på polykrystallinsk CH ₃ NH ₃ PbI ₃ film, og dermed uundgåeligt mange fejl i korn og korngrænser, der påvirker enhedens ydeevne. Forskere har bestræbt sig på at producere bulk CH ₃ NH ₃ PbI ₃ krystaller, der udviser usædvanlige fotovoltaiske egenskaber såsom lang diffusionslængde og levetid for fotogenererede ladningsbærere, selvom integrationen af ​​massekrystal i perovskit -solcellearkitekturen har vist sig at være udfordrende.

Nu, et team af kinesiske og amerikanske forskere under ledelse af proff. Jiangyu Li og Jinjin Zhao er med succes vokset enkeltkrystallinsk CH ₃ NH ₃ PbI ₃ film direkte på elektronindsamlende FTO/TiO2-substrat, som vist i fig. 1. De udnyttede temperaturgradienten og kapillæreffekten under vækstprocessen, gør det muligt for dem at producere en enkelt krystallinsk film af høj kvalitet, der er tæt integreret på FTO/TiO2. Dette viser sig kritisk, da FTO/TiO2 er det mest udbredte elektronindsamlingssubstrat til perovskit solceller, gør den efterfølgende fremstilling af enheden ligetil.

Ja, den enkeltkrystallinske CH ₃ NH ₃ PbI ₃ film viser fremragende solcelleegenskaber. Målt direkte på et FTO-glassubstrat med dårlig elektronudvinding, den tidsopløste fotoluminescens har meget længere bærerlevetid i enkeltkrystallinsk CH ₃ NH ₃ PbI ₃ film sammenlignet med polykrystallinsk film, som det ses i fig. 2(a). Når et TiO2-elektronopsamlingslag tilføjes til FTO-glasset, så falder ladebærerens levetid væsentligt, takket være effektiv elektronekstraktion ved TiO2/perovskite -grænsefladen. Som resultat, enheden udviser fotovoltaisk konverteringseffektivitet på 8,78 procent, den højeste rapporteret til dato for en enkelt krystallinsk perovskit solceller. Teamet siger, at systemet har meget plads til forbedring, og med kontinuerlig optimering af materialer og enheder, de mener, at de enkeltkrystallinske perovskit-solceller vil konkurrere med deres polykrystallinske modstykker i en overskuelig fremtid.