Billige fleksible perovskite solceller

(Phys.org) —Tekstil solceller er en ideel strømkilde til små elektroniske enheder indbygget i tøj. I journalen Angewandte Chemie , Kinesiske videnskabsmænd har nu introduceret nye solceller i form af fibre, der kan væves ind i et tekstil. Den fleksible, koaksiale celler er baseret på et perovskitmateriale og kulstofnanorør; de skiller sig ud på grund af deres fremragende energikonverteringseffektivitet på 3,3 % og deres lave produktionsomkostninger.

Dilemmaet for solceller:de er enten billige og ineffektive, eller de har en rimelig effektivitet og er meget dyre. En løsning kan komme fra solceller lavet af perovskitmaterialer, som er billigere end silicium og ikke kræver nogen dyre tilsætningsstoffer. Perovskites er materialer med en speciel krystalstruktur, der ligner perovskit, et calciumtitanat. Disse strukturer er ofte halvledere og absorberer lys relativt effektivt. Mest vigtigt, de kan flytte elektroner ophidset af lys over lange afstande inden for krystalgitteret, før de vender tilbage til deres energiske grundtilstand og indtager en fast position – en egenskab, der er meget vigtig i solceller.

Et team ledet af Hisheng Peng ved Fudan University i Shanghai har nu udviklet perovskit-solceller i form af fleksible fibre, der kan væves ind i elektroniske tekstiler. Deres produktionsproces er relativt enkel og billig, fordi den bruger en løsningsbaseret proces til at bygge lagene op.

Anoden er en fin rustfri ståltråd belagt med et kompakt n-halvledende titaniumdioxidlag. Et lag af porøst nanokrystallinsk titaniumdioxid aflejres ovenpå dette. Dette giver et stort overfladeareal til den efterfølgende aflejring af perovskitmaterialet CH3NH3PbI3. Dette efterfølges af et lag lavet af et specielt organisk materiale. Endelig vikles et gennemsigtigt lag af justerede kulstofnanorør kontinuerligt over det hele for at fungere som katode. Den resulterende fiber er så fin og fleksibel, at den kan væves ind i tekstiler.

Perovskitlaget absorberer lys, der exciterer elektroner og sætter dem fri, forårsager en ladningsadskillelse mellem elektronerne og de formelt positivt ladede "huller" Elektronerne går ind i det ledende bånd af det kompakte titaniumdioxidlag og bevæger sig til anoden. "Hullerne" fanges af det organiske lag. Det store overfladeareal og den høje elektriske ledningsevne af kulstofnanorør-katoden hjælper med den hurtige ledning af ladningerne med høje fotoelektriske strømme. Fibersolcellen kan opnå en energikonverteringseffektivitet på 3,3 %, mere end alle tidligere koaksiale fibersolceller fremstillet med enten farvestoffer eller polymerer.