Lagdeling af titaniumoxider forskellige mineralske former for bedre solceller

Forskere har lagt forskellige mineralske former for titaniumoxid oven på hinanden for at forbedre perovskit-typen solcelleeffektivitet med en sjettedel. Titaniumoxidlaget var bedre i stand til at transportere elektroner fra midten af ​​cellen til dens elektroder. Denne nye tilgang kunne bruges til at fremstille endnu mere effektive solceller af perovskit-typen i fremtiden.

Mens de fleste solceller er lavet af silicium, sådanne celler er vanskelige at fremstille, kræver vakuumkamre og temperaturer over 1000 °C. Forskningsindsatsen har derfor for nylig fokuseret på en ny type solceller, baseret på metalhalogenidperovskiter. Perovskite-løsninger kan udskrives billigt for at skabe mere effektive, billige solceller.

I solceller kan perovskitter omdanne lys til elektricitet - men de skal være klemt mellem en negativ og positiv elektrode. En af disse elektroder skal være gennemsigtig, imidlertid, for at lade solens lys nå perovskitterne. Ikke kun det, ethvert andet materiale, der bruges til at hjælpe ladninger med at strømme fra perovskitterne til elektroden, skal også være gennemsigtige. Forskere har tidligere fundet ud af, at tynde lag af titaniumoxid både er gennemsigtige og i stand til at transportere elektroner til elektroden.

Nu, et Japan-baseret forskerhold centreret ved Kanazawa University har udført en mere detaljeret undersøgelse af perovskit-solceller ved hjælp af elektrontransportlag lavet af anatase og brookit, som er forskellige mineralske former for titaniumoxid. De sammenlignede virkningen af ​​at bruge enten ren anatase eller brookit eller kombinationslag (anatase oven på brookit eller brookit oven på anatase). Holdets undersøgelse blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano bogstaver .

Anataselagene blev fremstillet ved at sprøjte opløsninger på glas belagt med en gennemsigtig elektrode, der blev opvarmet til 450 °C. I mellemtiden forskerne brugte vandopløselige brookit-nanopartikler til at skabe brookitlagene, da vandopløseligt blæk er mere miljøvenligt end konventionelt blæk. Disse nanopartikler har tidligere givet dårlige resultater; imidlertid, holdet forudsagde, at kombinationslag ville løse de problemer, man tidligere stødte på ved brug af nanopartikler.

"Ved at lægge brookite oven på anatase var vi i stand til at forbedre solcelleeffektiviteten med op til 16,82 %, ", siger studiemedforfatter Koji Tomita.

Disse resultater åbner op for en ny måde at optimere perovskite solceller på, nemlig via den kontrollerede stabling og manipulation af de forskellige mineralske former for titaniumoxid.

"Brug af forskellige mineralske faser og kombinationer af disse faser giver mulighed for bedre kontrol af elektrontransporten ud af perovskitlaget og forhindrer også ladninger i at rekombinere ved grænsen mellem perovskitmaterialet og elektrontransportlaget, " siger førsteforfatter Md. Shahiduzzaman. "Sammen, begge disse effekter giver os mulighed for at opnå højere solcelleeffektivitet."

At forstå, hvordan man skaber mere effektive perovskite-solceller er vigtigt for at udvikle en ny generation af printbare, lavpris solceller, der kan give en overkommelig ren energi i fremtiden.