Coraz większe problemy klimatyczne wymagają lepszych rozwiązań w zakresie urządzeń do pozyskiwania energii odnawialnej. Aby pobić najwyższy wynik, naukowcy ujawniają, że ogniwo perowskitowe z organiczną warstwą transportową KAUST ma wydajność 21.5%.
Uniwersytet Nauki i Technologii im. Króla Abdullaha (KAUST) w Arabii Saudyjskiej wynalazł perowskitowe ogniwo słoneczne oparte na organicznej warstwie transportującej elektrony (ETL) . Do zakotwiczenia ogniwa naukowcy wykorzystali również samoorganizującą się monowarstwę (SAM) z kwasem fosfonowym.
Ogniwo osiągnęło sprawność konwersji energii na poziomie około 21.5% w testach w standardowych warunkach oświetleniowych. Według zespołu badawczego jest to najwyższa odnotowana sprawność perowskitowego ogniwa słonecznego, również tego opartego na organicznej warstwie transportującej elektrony.
Urządzenie osiąga napięcie w obwodzie otwartym wynoszące 1.13 V i gęstość prądu zwarciowego wynoszącą 24.7 mA cm2 . Jego współczynnik wypełnienia wynosi około 77%.
Analiza termograwimetryczna (TGA) przeprowadzona na tych zmodyfikowanych cząsteczkach wykazała, że są one stabilne termicznie bez znacznej utraty masy . W temperaturach od 356°C do 268°C średnia utrata masy wyniosła zaledwie około 5%.
Stefaan De Wolf , główny autor badania , powiedział: „Wszystkie samoorganizujące się monowarstwy zostały zaprojektowane tak, aby gromadzić dziury, co dobrze sprawdza się w przypadku ogniw słonecznych z perowskitu w architekturze biegunowości pinów”.
„Testowaliśmy tutaj szereg selektywnych elektronowo SAM-ów zaprojektowanych i syntetyzowanych przez Kaunas University of Technology i odkryliśmy, że działa to dobrze w ogniwach słonecznych perowskitowych o polaryzacji pinów. Tak więc zasadniczo koncepcja dekoracji SAM tlenku metalu w celu dostrojenia selektywności ładunku okazała się teraz skuteczna w przypadku obu polaryzacji. Ogólnie rzecz biorąc, ma to całkiem sporo zalet, na przykład niskotemperaturową przetwarzalność styków”.
Przygotowanie ogniwa słonecznego z perowskitu o sprawności 21.5% przez KAUST
- Naukowcy wykorzystują półprzewodniki niefulerenowe, składające się z antrachinonu (AQ) i naftalenodiimidu (NDI).
- Dwiema zmodyfikowanymi wersjami molekularnymi, których użyto, były PAAQ i PANDI.
- Według nich, cząsteczka ta umożliwiała kowalencyjne wiązanie z powierzchniami tlenku indu i cyny (ITO) wewnątrz komórki. To dodatkowo doprowadziło do jej energetycznego dopasowania do perowskitu.
- Ogniwo zbudowane jest z ITO i szkła Podłoże.
- Obejmują one również SAM-y wybierające elektrony, warstwę transportu dziur (HTL) opartą na Spiro-OMeTAD i absorber perowskitowy. Ponadto metal srebrny styka się z warstwą tlenku molibdenu (MoOx).
Badacze stwierdzili, że „wyniki pomiaru przepuszczalności promieniowania UV–vis dla funkcjonalizacji SAM na powierzchni ITO wykazują nieznaczne straty optyczne w porównaniu z gołymi warstwami ITO i ITO/SnO2”.
„W szczególności SAM-y oparte na PANDI wykazują wyższą jednorodność powierzchni ITO niż SAM-y PAAQ. Stwierdziliśmy, że rosnąca jednorodność powierzchni ITO/PANDI może skutecznie tłumić nieradiacyjną rekombinację międzyfazową poprzez pasywację pod wpływem pola, na co wskazują dłuższe czasy życia nośników ładunku i wyższe wartości QFLS” – dodali.
Badacze wyjaśnili dalej: „Przetestowaliśmy również stabilność operacyjną naszych urządzeń opartych na technologii SAM w temperaturze 65°C, utrzymując ponad 90% ich początkowej wydajności przez 1000 godz.”.
Rozważają PANDI SAM jako najbardziej odpowiednich kandydatów na przyszłe perowskitowe ogniwa słoneczne ze strukturą pinową. Wynika to z łatwości ich aplikacji na elastycznych podłożach.
„Urządzenie bazujące na PANDI wykazało również lepszą długoterminową stabilność termiczną, co potwierdza, że PANDI SAM ma potencjalną przyszłość w zakresie wykorzystania jako materiały ETL” – podsumowali badacze.
