Ökande klimatproblem kräver bättre lösningar när det gäller skördeanordningar för förnybar energi. För att slå det högsta som någonsin registrerats avslöjar forskarna att KAUSTs organiska transportlager perovskitcell är 21.5 % effektiv.
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) i Saudiarabien har uppfunnit en perovskit-solcell som är baserad på ett organiskt elektrontransportlager (ETL) . För förankringsgruppen har forskare också använt självorganiserande monolager (SAM) med fosfonsyra.
Cellen uppnådde en effektomvandlingseffektivitet på cirka 21.5 % vid testning under standardbelysningsförhållanden. Enligt forskargruppen är detta den högsta rapporterade effektiviteten någonsin för en perovskitsolcell. Även den för en som förlitar sig på ett organiskt elektrontransportlager.
Enheten uppnår en tomgångsspänning på 1.13 V och en kortslutningsströmtäthet på 24.7 mA cm² . Slutligen har den en fyllnadsfaktor på cirka 77 %.
Termogravimetrisk analys (TGA) utförd på dessa modifierade molekyler visade att de är termiskt stabila utan större viktförlust . Mellan 356 °C och 268 °C var den genomsnittliga viktförlusten endast cirka 5 %.
Stefaan De Wolf , huvudförfattare till forskningen , sa: ”Alla självmonterade monolager utformades för att samla hål, vilket fungerar bra för perovskitsolceller i pinpolaritetsarkitekturen.”
"Här testade vi en rad elektronselektiva SAMs designade och syntetiserade av Kaunas University of Technology och fann att detta fungerar bra i perovskitesolceller med stiftpolaritet. Så i huvudsak har konceptet med SAM-dekoration av metalloxid för att justera laddningsselektiviteten nu visat sig fungera bra för båda polariteterna. Sammantaget har detta en ganska låg kontakttemperatur, eftersom detta har en del fördelar med exempelvis kontakttemperatur."
Förberedelse av 21.5 % effektiv perovskite solcell av KAUST
- Forskare använder icke-fulleren halvledare som består av antrakinon (AQ) och naftalendiimid (NDI).
- De två modifierade molekylära versionerna som användes var PAAQ och PANDI.
- Enligt dem tillät denna molekyl kovalent bindning med indiumtennoxid (ITO) ytor i cellen. Detta ledde ytterligare till att den energiskt matchade perovskiten.
- Cellen är byggd med en ITO och glasbaserad substrat.
- De inkluderar även elektronväljande SAM, ett håltransportskikt (HTL) baserat på Spiro-OMeTAD och en perovskitabsorbator. En silvermetall kommer också i kontakt med ett molybdenoxid (MoOx) skikt.
Forskarna konstaterade att ”Resultaten av UV-vis-transmittans vid SAM-funktionalisering på ITO-ytan visar försumbara optiska förluster jämfört med rena ITO- och ITO/SnO2-filmer.”
"I synnerhet uppvisar PANDI-baserade SAM en högre ythomogenitet på ITO-ytan än PAAQ SAM. Vi fann att den ökande ythomogeniteten på ITO/PANDI effektivt kan undertrycka icke-strålande gränssnittsrekombination genom fälteffektpassivering, vilket indikeras av längre laddningsbärarlivslängder och högre QFLS-värden", tillade de vidare.
Forskare förklarade vidare, "Vi testade också driftsstabiliteten hos våra SAM-baserade enheter vid 65 C med över 90 % bibehållande av deras initiala prestanda i 1000 timmar."
De betraktar PANDI SAM som de mest lämpliga framtida kandidaterna för perovskitsolceller med pinstrukturer. Detta beror på att de är enkla att applicera på flexibla substrat.
"Den PANDI-baserade enheten visade också förbättrad långsiktig termisk stabilitet, vilket bekräftar att PANDI SAM har en potentiell framtid att användas som ETL-material", konstaterade forskarna.
