Naukowcy twierdzą, że rozwiązali główne wyzwanie związane z produkcją ogniw perowskitowych - intrygujące potencjalne wyzwania dla ogniw słonecznych na bazie krzemu.
Te struktury krystaliczne są bardzo obiecujące, ponieważ mogą pochłaniać prawie wszystkie długości fali światła. Ogniwa słoneczne Perovskite są już dostępne na rynku na małą skalę, ale ostatnie znaczące ulepszenia w ich wydajności konwersji energii (PCE) budzą zainteresowanie wykorzystaniem ich jako tanich alternatyw dla paneli słonecznych.
W gazecie w Nanoskal, zespół badawczy ujawnia nowy skalowalny sposób zastosowania krytycznego komponentu do komórek perowskitu, aby rozwiązać niektóre główne wyzwania związane z produkcją. Naukowcy zastosowali krytyczną warstwę transportu elektronów (ETL) w ogniwach fotowoltaicznych perowskitu w nowy sposób - powlekanie natryskowe - w celu nadania ETL doskonałej przewodności i silnego połączenia z sąsiadem, warstwą perowskitu.
Większość ogniw słonecznych to „kanapki” z materiałów ułożonych w taki sposób, że gdy światło uderza w powierzchnię ogniwa, wzbudza elektrony w ujemnie naładowanym materiale i ustawia prąd elektryczny, przesuwając elektrony w kierunku siatki dodatnio naładowanych „dziur”. Perowskitowe ogniwa słoneczne o prostej płaskiej orientacji zwanej kołkiem (lub zaciskiem po odwróceniu), perowskit stanowi wewnętrzną warstwę zatrzymującą światło („i” w kołku) między ujemnie naładowanym ETL a dodatnio naładowaną warstwą transportującą dziury (HTL).
Gdy warstwy dodatnio i ujemnie naładowane zostaną rozdzielone, architektura zachowuje się jak subatomowa gra Pachinko, w której fotony ze źródła światła wypierają niestabilne elektrony z ETL, powodując ich opadanie w kierunku dodatniej strony HTL kanapki. Warstwa perowskitu przyspiesza ten przepływ.
Podczas gdy perowskit tworzy idealną wewnętrzną warstwę ze względu na jego silne powinowactwo zarówno do dziur i elektronów, jak i szybki czas reakcji, wytwarzanie na skalę przemysłową stanowi wyzwanie, ponieważ trudno jest skutecznie nałożyć jednolitą warstwę ETL na krystaliczną powierzchnię perowskitu.
Naukowcy wybrali związek [6,6] -fenylo-C (61)-ester metylowy kwasu masłowego (PCBM) ze względu na jego historię jako materiał ETL i ponieważ PCBM zastosowany w szorstkiej warstwie oferuje możliwość poprawy przewodności, mniej przenikalności kontakt interfejsu i ulepszone przechwytywanie światła.
„Przeprowadzono bardzo niewiele badań nad opcjami ETL w projektowaniu kołków płaskich”, mówi André D. Taylor, profesor nadzwyczajny w Tandon School of Engineering na New York University. „Kluczowym wyzwaniem w płaskich komórkach jest to, jak właściwie je złożyć w sposób, który nie niszczy sąsiednich warstw?”
Najczęstszą metodą jest odlewanie spinowe, które polega na wirowaniu komórki i umożliwieniu sile dośrodkowej rozproszenia płynu ETL na podłożu perowskitowym. Ale ta technika jest ograniczona do małych powierzchni i skutkuje niespójną warstwą, która obniża wydajność ogniwa słonecznego. Odlewanie spinowe jest również niepodobne do komercyjnej produkcji dużych paneli słonecznych takimi metodami, jak produkcja typu „roll-to-roll”, dla której elastyczna architektura perowskitów z płaskimi kołkami jest w innym przypadku dobrze dostosowana.
Zamiast tego naukowcy zajęli się powlekaniem natryskowym, które równomiernie nakłada ETL na dużym obszarze i nadaje się do produkcji dużych paneli słonecznych. Zgłosili procentowy wzrost wydajności 30 w porównaniu z innymi ETL - z PCE 13 do ponad procent 17 - i mniej wad.
„Nasze podejście jest zwięzłe, wysoce powtarzalne i skalowalne. Sugeruje to, że powlekanie natryskowe PCBM ETL może mieć szerokie zastosowanie w celu poprawy bazowej wydajności ogniw słonecznych perowskitowych i zapewnienia idealnej platformy dla rekordowych ogniw ogniw słonecznych perowskitowych w najbliższej przyszłości ”, dodaje Taylor.
Dodatkowi współautorzy pochodzą z Uniwersytetu Nauk Elektronicznych i Technologii Chin, Peking University, Yale University i Johns Hopkins University.
Fundacja Chińskiej Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych (NSFC), Fundacja Grup Badawczych Innowacji NSFC, Chińska Rada Stypendialna i Narodowa Fundacja Nauki USA zapewniły finansowanie badania.
Źródło: New York University
Powiązane książki:
at Rynek wewnętrzny i Amazon
