Cercetătorii spun că au rezolvat o provocare majoră de fabricație pentru celulele perovskite - intriganții potențiali provocatori ai celulelor solare pe bază de siliciu.
Aceste structuri cristaline sunt foarte promițătoare, deoarece pot absorbi aproape toate lungimile de undă ale luminii. Celulele solare perovskite sunt deja comercializate la scară mică, dar recentele îmbunătățiri vaste ale eficienței lor de conversie a energiei (PCE) stimulează interesul pentru utilizarea lor ca alternative cu costuri reduse pentru panourile solare.
În ziarul în Nanoscală, echipa de cercetare dezvăluie un nou mijloc scalabil de aplicare a unei componente critice celulelor perovskite pentru a rezolva unele provocări majore de fabricație. Cercetătorii au aplicat stratul critic de transport de electroni (ETL) în celulele fotovoltaice de perovskit într-un mod nou - acoperire prin pulverizare - pentru a conferi ETL o conductivitate superioară și o interfață puternică cu vecinul său, stratul de perovskit.
Majoritatea celulelor solare sunt „sandvișuri” de materiale stratificate în așa fel încât, atunci când lumina lovește suprafața celulei, excită electronii din material încărcat negativ și creează un curent electric prin deplasarea electronilor către o rețea de „găuri” încărcate pozitiv. În celulele solare perovskite cu o orientare plană simplă numită pin (sau nip atunci când este inversată), perovskitul constituie stratul intrinsec de captare a luminii („i” din pin) între ETL încărcat negativ și un strat de transport al orificiilor încărcat pozitiv (HTL) .
Când straturile încărcate pozitiv și negativ sunt separate, arhitectura se comportă ca un joc subatomic al lui Pachinko în care fotonii dintr-o sursă de lumină disloca electronii instabili din ETL, făcându-i să cadă spre partea HTL pozitivă a sandwich-ului. Stratul de perovskit accelerează acest flux.
În timp ce perovskitul reprezintă un strat intrinsec ideal datorită afinității sale puternice atât pentru găuri și electroni, cât și pentru timpul de reacție rapid, fabricarea la scară comercială se dovedește provocatoare, parțial, deoarece este dificil să se aplice eficient un strat uniform ETL pe suprafața cristalină a perovskitului.
Cercetătorii au ales compusul ester metilic al acidului [6,6]-fenil-C(61)-butiric (PCBM) datorită istoricului său ca material ETL și deoarece PCBM aplicat într-un strat dur oferă posibilitatea unei conductivitati îmbunătățite, mai puțin -Interfață de contact penetrabilă și captare îmbunătățită a luminii.
„S-au făcut foarte puține cercetări cu privire la opțiunile ETL pentru designul pinului plan”, spune André D. Taylor, profesor asociat la Școala de Inginerie Tandon de la Universitatea din New York. „Provocarea cheie în celulele plane este cum le asamblați într-un mod care să nu distrugă straturile adiacente?”
Cea mai comună metodă este turnarea prin spin, care implică rotirea celulei și permițând forței centripete să disperseze fluidul ETL peste substratul perovskit. Dar această tehnică este limitată la suprafețe mici și are ca rezultat un strat inconsecvent care scade performanța celulei solare. Turnarea prin rotație este, de asemenea, inimiabilă producției comerciale de panouri solare mari prin metode precum fabricarea roll-to-roll, pentru care arhitectura flexibilă a perovskitului planar este de altfel bine potrivită.
În schimb, cercetătorii s-au orientat către acoperirea prin pulverizare, care aplică ETL uniform pe o suprafață mare și este potrivită pentru fabricarea panourilor solare mari. Ei au raportat un câștig de eficiență de 30 la sută față de alte ETL-uri - de la un PCE de 13 la sută la peste 17 la sută - și mai puține defecte.
„Abordarea noastră este concisă, foarte reproductibilă și scalabilă. Acesta sugerează că acoperirea prin pulverizare a PCBM ETL ar putea avea un atractiv larg pentru îmbunătățirea liniei de bază a eficienței celulelor solare perovskite și pentru a oferi o platformă ideală pentru celulele solare perovskite cu pin de record în viitorul apropiat”, adaugă Taylor.
Coautori suplimentari sunt de la Universitatea de Știință și Tehnologie Electronică din China, Universitatea Peking, Universitatea Yale și Universitatea Johns Hopkins.
Fundația Națională pentru Științe Naturale din China (NSFC), Fundația pentru Grupuri de Cercetare pentru Inovare a NSFC, Consiliul de Burse din China și Fundația Națională pentru Științe din SUA au oferit finanțare pentru studiu.
Sursa: Universitatea din New York
Cărți asemănătoare:
at InnerSelf Market și Amazon
