Dopantfri, fugtighedsstabile organiske lag giver perovskit solceller 21% effektivitet

Holdbar, højtydende perovskit-solceller kræver også holdbare, højtydende ladningstransporterende lag. Forskere har udviklet den første organiske hultransporter, der ikke behøver et dopingmiddel for at opnå høj ladningsmobilitet og stabilitet. Ifølge undersøgelsen offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie , dette nye hultransporterende lag overgår referencematerialer og beskytter den organiske perovskitcelle mod luftfugtighed.

I perovskit-solceller, perovskit lysabsorptionslaget er klemt mellem to ladningstransporterende lag, som opsamler de genererede huller og elektroner og transporterer dem til elektroderne. Disse ladningstransportlag øger cellernes effektkonverteringseffektivitet og er afgørende for at opretholde luftstabilitet.

State-of-the-art hultransportører består af et organisk materiale kaldet spiro-OMeTAD. Imidlertid, at fremme smidig mobilitet fra ladebærere, de har brug for hygroskopiske tilsætningsstoffer som dopingmidler, som reducerer stabiliteten af ​​perovskitterne i fugtig luft.

Yongzhen Wu og kolleger fra East China University of Science and Technology udforsker lejlighed, aromatisk, nitrogenholdige forbindelser kaldet quinoxaliner som hultransportører. Forskerne forberedte to nye quinoxaliner, der indeholdt yderligere svovlbærende enheder kaldet thiophener. Tanken var, at energiniveauerne af de thiophenholdige strukturer matchede perovskitlagets energiniveauer og muliggjorde effektiv huludvinding.

I en af ​​quinoxalinerne, thiophenerne var i stand til at rotere mere eller mindre frit, mens i den anden, thiophenerne var smeltet sammen og kunne ikke rotere. Begge quinoxaliner dannede tynde, krystallinske film, som var gode huludtrækkere, men kun dem med de sammensmeltede thiophenringe dannede også velstablede krystallinske lag.

Forskerne observerede over 21 % effektkonverteringseffektivitet for perovskit-solceller, der indeholder det nye hultransporterende materiale. Disse celler klarede sig bedre end referenceceller indeholdende den dopede spiro-OMeTAD.

Forfatterne fandt også ud af, at enheder fremstillet med det nye materiale var mere holdbare end dem, der indeholdt de dopede referencematerialer. De dopingfrie enheder "opretholdt et mørkt og ensartet skinnende udseende inden for 30 dage, "forskerne skrev, hvorimod de dopede spiro-OMeTAD-holdige enheder "tilsyneladende falmede."

De quinoxalinholdige perovskit-solceller modstod også fugtig luft, hvorimod ydeevnen af ​​referencecellerne faldt hurtigt. Forskerne konkluderede, at det nye materiale ikke kun muliggør, huludvinding og transport, men det beskytter også den perovskit-baserede solcelle mod fugt.