Kasvavat ilmastoongelmat tarvitsevat parempia ratkaisuja uusiutuvan energian talteenottolaitteiden osalta. Ylittääkseen korkeimman koskaan mitatun, tutkijat paljastavat, että KAUSTin orgaanisen kuljetuskerroksen perovskiittisolu on 21.5 % tehokas.
Saudi-Arabian kuningas Abdullahin tiede- ja teknologiayliopisto (KAUST) on keksinyt perovskiitti-aurinkokennon, joka perustuu orgaaniseen elektroninsiirtokerrokseen (ETL) . Ankkurointiin ryhmätutkijat ovat käyttäneet myös itsejärjestyvää monokerrosta (SAM) fosfonihapon kanssa.
Kenno saavutti noin 21.5 %: n tehonmuunnoshyötysuhteen testattaessa normaaleissa valaistusolosuhteissa. Tutkimusryhmän mukaan tämä on perovskiittiaurinkokennolle koskaan raportoitu korkein hyötysuhde. Ja tämä on myös orgaaniseen elektroneja kuljettavaan kerrokseen perustuvan kennon hyötysuhde.
Laite saavuttaa 1.13 V: n tyhjäkäyntijännitteen ja 24.7 mA cm2 : n oikosulkuvirrantiheyden . Lopuksi sen täyttökerroin on noin 77 %.
Näille muunnelluille molekyyleille tehty termogravimetrinen analyysi (TGA) paljasti, että ne ovat termisesti stabiileja ilman merkittävää painonpudotusta . 356–268 °C:n lämpötilassa keskimääräinen painonpudotus oli vain noin 5 %.
Tutkimuksen päätekijä Stefaan De Wolf sanoi: ”Kaikki itsejärjestyneet yksikerrokset suunniteltiin keräämään reikiä, mikä toimii hyvin perovskiitti-aurinkokennoille nastapolaarisessa arkkitehtuurissa.”
"Tässä testasimme erilaisia Kaunasin teknillisen yliopiston suunnittelemia ja syntetisoimia elektroniselektiivisiä SAM:eja ja havaitsimme, että tämä toimii hyvin napanapaisissa perovskiittisissa aurinkokennoissa. Joten pohjimmiltaan metallioksidin SAM-koristelu varauksen selektiivisyyden säätämiseksi on nyt todistettu toimivan hyvin molemmilla napaisuuksilla. Kaiken kaikkiaan tällä on melkoisia etuja, kuten alhainen kosketusprosessin lämpötila."
KAUSTin 21.5 % tehokkaan perovskite-aurinkokennon valmistus
- Tutkijat käyttävät ei-fullereenipuolijohteita, jotka koostuvat antrakinonista (AQ) ja naftaleenidi-imidistä (NDI).
- Käytetyt 2 modifioitua molekyyliversiota olivat PAAQ ja PANDI.
- Heidän mukaansa tämä molekyyli salli kovalenttisen sitoutumisen solun sisällä olevien indiumtinaoksidin (ITO) pintojen kanssa. Tämä johti edelleen siihen, että se sopisi energisesti perovskiitin kanssa.
- Solu on rakennettu ITO:lla ja lasipohjaisella substraatti.
- Niihin kuuluvat myös elektroneja valitsevat SAM:t, Spiro-OMeTAD-pohjainen aukkokuljetuskerros (HTL) ja perovskiittinen absorboija. Myös hopeametalli koskettaa molybdeenioksidikerroksen (MoOx) kanssa.
Tutkijat totesivat: ”ITO-pinnalla tehdyn SAM-funktionalisoinnin UV-Vis-läpäisytulokset osoittavat merkityksettömiä optisia häviöitä verrattuna paljaisiin ITO- ja ITO/SnO2-kalvoihin.”
”Erityisesti PANDI-pohjaisilla SAM-materiaaleilla on korkeampi pinnan homogeenisuus ITO-pinnalla kuin PAAQ SAM-materiaaleilla. Havaitsimme, että ITO/PANDI-pinnan lisääntyvä homogeenisuus voi tehokkaasti estää ei-säteilevää rajapintarekombinaatiota kenttäpassivoinnin kautta, mistä on osoituksena pidemmät varauksenkuljettajien eliniät ja korkeammat QFLS-arvot”, he lisäsivät.
Tutkijat selittivät edelleen: "Testasimme myös SAM-pohjaisten laitteidemme toiminnan vakauden 65 C:ssa yli 90 %:n alkuperäisen suorituskyvyn säilyessä 1000 tunnin ajan."
He pitävät PANDI SAM -rakenteita sopivimpina tulevaisuuden perovskiittiaurinkokennojen ehdokkaina tappirakenteisina, koska niitä on helppo asentaa joustaville alustoille.
”PANDI-pohjainen laite osoitti myös parantunutta toiminnallista pitkän aikavälin lämpöstabiilisuutta, mikä vahvistaa, että PANDI SAM:lla on potentiaalia tulevaisuuteen ETL-materiaalina”, tutkijat päättelivät.
