Højtydende solceller:Fysikere dyrker stabile perovskitlag

Krystallinske perovskitceller er nøglen til banebrydende tyndfilmsolceller. Selvom de allerede opnår meget høje effektivitetsniveauer i laboratoriet, kommercielle anvendelser er hæmmet af, at materialet er for ustabilt. Desuden, der er ingen pålidelig industriel produktionsproces for perovskiter. I en ny undersøgelse offentliggjort i Journal of Physical Chemistry Letters , fysikere ved Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) præsenterer en tilgang, der kunne løse dette problem. De beskriver også i detaljer, hvordan perovskitter dannes og henfalder. Resultaterne kan hjælpe med at producere højtydende solceller i fremtiden.

I 2009 forskere var først i stand til at bevise, at organisk-uorganiske forbindelser med en speciel perovskit krystalstruktur er gode absorbere, der effektivt kan omdanne sollys til elektricitet. Inden for få år, effektiviteten af ​​perovskit-solceller blev øget til langt over 20 procent i laboratoriet.

"Selvom det er moderne, monokrystallinske siliciumsolceller opnår lidt bedre værdier, de er meget sværere at fremstille, og de har været under udvikling i meget længere tid, " siger Dr. Paul Pistor, en fysiker ved MLU og hovedforfatter af undersøgelsen. I øjeblikket, imidlertid, der er ingen markedsklare perovskit-baserede solceller, da der ikke er nogen etableret proces til storskalaproduktion af perovskiter. Ud over, de tynde krystallag er ustabile og følsomme over for miljøpåvirkninger. "Høje temperaturer eller luftfugtighed får perovskitterne til at nedbrydes og mister deres evne til at omdanne sollys til elektricitet, " siger Pistor. Alligevel skal solceller modstå høje temperaturer, fordi de er permanent udsat for solen.

I deres undersøgelse, fysikerne fra Halle undersøgte en speciel, uorganisk perovskit bestående af cæsium, bly og brom eller jod. I stedet for at bruge de sædvanlige våde kemiske processer til at fremstille perovskitterne, de implementerede en proces, der allerede er meget brugt i industrien til at producere tynde lag og en række komponenter. I et vakuumkammer, forstadiematerialer varmes op, indtil de fordamper. Derefter kondenserer perovskitten på et koldere glassubstrat, og et tyndt krystallinsk lag vokser.

"Fordelen ved denne metode er, at alle dele af processen kan styres meget godt. På denne måde, lagene vokser meget homogent, og tykkelsen og sammensætningen af ​​krystallerne kan nemt justeres, " forklarer Pistor. Hans team var således i stand til at producere perovskitlag baseret på cæsium, der ikke nedbrydes, før de nåede temperaturer på 360 grader Celsius. Ved hjælp af banebrydende røntgenanalyse, forskerne analyserede også krystallernes vækst- og henfaldsprocesser i realtid.

Resultaterne giver vigtig indsigt i de underliggende egenskaber ved perovskitter og peger på en proces, der kan være velegnet til industriel realisering af moderne perovskit-baseret solcelleteknologi.