PolyU udvikler nye effektive og billige halvgennemsigtige perovskit solceller med grafenelektroder

Den nye teknologi har effektomdannelseseffektivitet på omkring 12%, når de belyses fra fluor-dopede tinoxidbundelektroder eller grafen-topelektroderne, sammenlignet med 7% af konventionelle semitransparente solceller.

Udvikling af gennemsigtige eller halvgennemsigtige solceller med høj effektivitet og lave omkostninger til udskiftning af de eksisterende uigennemsigtige og dyre siliciumbaserede solpaneler er blevet stadig vigtigere på grund af de stigende krav fra de bygningsintegrerede solcelleanlæg (BIPV'er). Institut for Anvendt Fysik ved Hong Kong Polytechnic University (PolyU) har med succes udviklet effektive og billige halvgennemsigtige perovskit solceller med grafenelektroder. Strømkonverteringseffektiviteterne (PCE'er) ifølge denne nye opfindelse er omkring 12%, når de belyses fra fluordopede tinoxidbundelektroder (FTO) eller grafen-topelektroderne, sammenlignet med 7% af konventionelle semitransparente solceller. Dens potentielle lave omkostninger på under HK $ 0,5/Watt, mere end 50% reduktion sammenlignet med de eksisterende omkostninger ved siliciumsolceller, vil gøre det muligt at bruge det meget i fremtiden.

Solenergi er en vigtig kilde til vedvarende energi, hvor solceller vil blive brugt til at konvertere lysenergi direkte til elektricitet ved fotovoltaisk effekt. Den første generation af krystallinsk silicium solpanel er yderst stabilt med effektiv energiomdannelse, men uigennemsigtig og dyr. Anden generations solcelle, nemlig tyndfilm solcelle, er let i vægt og kan gøres fleksibel. Imidlertid, de er lavet af sjældne materialer med kompliceret struktur og har brug for behandlinger ved høj temperatur. Med forskningsmålene om at producere solpaneler med høje PCE'er, let fremstilling, og lave omkostninger, i de seneste år, forskere har undersøgt tredje generations solceller. Perovskite solcelle som en ny tredje generations solcelle har tiltrukket megen opmærksomhed for nylig på grund af dens høje effektomdannelseseffektivitet, praktisk fremstillingsproces og potentielt lave omkostninger.

Med det formål at forbedre PCE'er og reducere omkostningerne ved halvgennemsigtige solpaneler, PolyU-forsker har udviklet de først nogensinde lavet halvtransparente perovskit solceller med grafen som elektrode. Graphene er en ideel kandidat til gennemsigtige elektroder i solceller med høj gennemsigtighed, god ledningsevne og potentielt lave omkostninger. Den halvgennemsigtige egenskab ved solcellen gør det muligt at absorbere lys fra begge sider, og kan bruges meget i vinduer, facader, lameller og hustage i bygninger til omdannelse af solenergi til elektricitet, dermed øges overfladearealet til opsamling af solenergi betydeligt.

Mens grafen som et avanceret materiale blev opfundet for mere end 10 år siden, PolyU har udviklet enkle behandlingsteknikker til forbedring af grafens ledningsevne for at imødekomme kravene til dets anvendelser i solceller. For det første, ledningsevnen for grafen blev dramatisk forbedret ved at belægge et tyndt lag af ledende polymerpoly- (3, 4-ethylendioxythiophen):poly (styrensulfonat) (PEDOT:PSS), der også blev brugt som et vedhæftningslag til det perovskite aktive lag under lamineringsprocessen. For det andet, for yderligere at forbedre effektiviteten af ​​strømkonvertering, PolyU -forsker fandt ud af, at ved at fremstille solcellen med flerlags kemisk dampaflejring grafen som øverste gennemsigtige elektroder, elektrodenes arkmodstand kunne reduceres yderligere, samtidig med at elektrodernes høje gennemsigtighed bevares. Endelig, udførelsen af ​​denne nye opfindelse optimeres yderligere ved at forbedre kontakten mellem de øverste grafenelektroder og hultransportlaget (spiro-OMeTAD) på perovskitfilmene.

På grund af grafens fremragende mekaniske fleksibilitet og bekvem forberedelse af enhederne, PolyUs opfindelse kan bruges til masseproduktion af de halvgennemsigtige perovskit -solceller med tryk eller rulle -til -rulle -proces. De halvgennemsigtige solceller vil udfylde hullet på markedet, hvilket ikke kan opnås af de eksisterende solceller, der dominerer markedet.

Undersøgelsesresultater er blevet offentliggjort i Avancerede materialer , et førende tidsskrift inden for materialevidenskab.