Forskere skaber nye materialer, der kan øge stabiliteten af ​​perovskit-solceller

En gruppe kemikere fra Kaunas University of Technology i Litauen, udviklerne af adskillige banebrydende innovationer inden for solenergiområdet, foreslog endnu en løsning til at øge stabiliteten og ydeevnen af ​​perovskit-solelementer. De syntetiserede en ny klasse af carbazol-baserede tværbindbare materialer, som er modstandsdygtige over for forskellige miljøpåvirkninger, herunder stærke opløsningsmidler, der bruges i produktionen af ​​solceller.

Når de blev påført som hultransporterende lag, hjalp de nye materialer med at opnå 16,9 % effektivitet af perovskitceller med omvendt arkitektur ved første forsøg. Det forventes at opnå højere effektivitet ved optimering.

Nye materialer termisk polymeriseret for at give modstand

Organisk-uorganisk hybrid perovskit-solceller har tiltrukket sig verdensomspændende opmærksomhed som et konkurrencedygtigt alternativ til konventionelle siliciumbaserede solteknologier. De er billigere, mere fleksible og har højere effektkonverteringseffektivitet. Forskere over hele verden arbejder på at løse udfordringer relateret til at forbedre stabiliteten og andre egenskaber ved perovskit-solelementerne. Disse lagdelte, nye generations solceller kan have to arkitektoniske strukturer - regulære (n-i-p) og inverterede (p-i-n) strukturer. I sidstnævnte er de hultransporterende materialer aflejret under perovskit-absorberlaget.

"Selvom p-i-n-celler har adskillige fordele sammenlignet med perovskit-solceller i almindelig arkitektur, har de alvorlige mangler. For eksempel bør de hultransporterende forbindelser være i stand til at modstå de stærke polære opløsningsmidler, der bruges til at danne lysabsorberende perovskitlag, som er placeret ovenfor," forklarer professor Vytautas Getautis, chefforsker ved KTU Fakultet for Kemisk Teknologi.

For at løse dette problem bruges polymerer i p-i-n-arkitekturer ofte som hultransporterende materialer. På grund af opløselighedsproblemer er et polymerlag imidlertid ikke let at danne; desuden er det svært at kontrollere gentagelsen af ​​reaktioner og syntetisere den samme struktur. Med det formål at løse dette problem lavede KTU-forskere et hultransporterende lag af carbazol-baserede molekyler, som derefter blev termisk polymeriseret in situ for at opnå en tværbindingseffekt.

"Den tværbundne polymer har en tredimensionel struktur. Den er meget modstandsdygtig over for forskellige påvirkninger, herunder de stærke opløsningsmidler, der bruges, samtidig med at de danner et lysabsorberende perovskitlag. Vi brugte flere grupper af molekyler og udviklede materialer, som, mens de blev brugt som et hultransporterende lag, kan forbedre effektiviteten af ​​en omvendt perovskit-solcelle til næsten 17 procent,« siger en ph.d. studerende Šarūnė Daškevičiūtė-Gegužienė, der syntetiserede disse forbindelser.

Den ovenfor beskrevne opfindelse blev omtalt som en forsideartikel i Chemical Communications .

Rekordbrækkende tandemsolcelle

Forskergruppen ledet af prof. Getautis har udviklet adskillige banebrydende opfindelser, der har til formål at forbedre effektiviteten af ​​solceller. Blandt dem er syntetiserede forbindelser, som selv samles til et molekylet tyndt lag, der fungerer som et hultransporterende materiale. Den silikone-perovskite tandem solcelle produceret ved hjælp af de nævnte materialer nåede en effektivitet på over 29 procent. Ifølge Prof Getautis vil sidstnævnte tandemkombination snart blive det kommercielt tilgængelige alternativ til silikonebaserede solceller - mere effektiv og billigere.

"Vores forskningsfelt har til formål at forbedre de eksisterende teknologier til perovskit-solelementer, og på dette område har vi opnået de bedste resultater med den selvsamlende monolag-teknologi. Men videnskaben udvikles ofte i flere retninger, da vi skal udforske måder at bruge solenergi på bedst muligt," siger prof. Getautis.

Selvom perovskitceller er en nyhed sammenlignet med silikonebaserede solteknologier, er der flere virksomheder, som allerede har kommercialiseret forskellige produkter baseret på perovskitteknologi. Blandt dem er fleksible semi-transparente interiørelementer, bærbar elektronik til at kontrollere dyrelivsbestanden og forskellige arkitektoniske løsninger. Og dette er kun begyndelsen.

Ifølge Prof Getautis har solenergi af alle vedvarende energi det største potentiale og er det mindst udnyttede. Men takket være den nye forskning udvikler dette felt sig eksponentielt. Det anslås, at omkring halvdelen af ​​den elektricitet, der bruges på jorden i 2050, vil blive produceret fra solenergi.

"Solenergi er helt og holdent grøn - den er fri for forurening, og de installerede solcelleparker kræver ikke meget vedligeholdelse. Med aktuelle begivenheder og energikrisen in mente er flere og flere mennesker interesserede i at installere solcelleanlæg i deres hjem eller skylder en andel af en solcellefarm. Det er en fremtid med energi," er prof Getautis overbevist. + Udforsk yderligere

Stort spring for stabile højeffektive perovskit-solceller