Onderzoekers zeggen dat ze een grote fabricage-uitdaging voor perovskietcellen hebben opgelost - de intrigerende potentiële uitdagers voor op silicium gebaseerde zonnecellen.

Deze kristallijne structuren tonen veelbelovend omdat ze bijna alle golflengten van licht kunnen absorberen. Zonnecellen van Perovskite worden al op kleine schaal gecommercialiseerd, maar de recente enorme verbeteringen in hun energie-efficiëntie bij het omzetten (PCE) stimuleren de toepassing ervan als goedkope alternatieven voor zonnepanelen.

In de krant in nanoschaal, het onderzoeksteam onthult een nieuw schaalbaar middel om een ​​kritieke component toe te passen op perovskite cellen om enkele belangrijke fabricage-uitdagingen op te lossen. De onderzoekers pasten de kritische elektronentransportlaag (ETL) in perovskiet fotovoltaïsche cellen toe op een nieuwe manier - sproeibekleding - om de ETL te doordringen met superieure geleidbaarheid en een sterke interface met zijn buur, de perovskietlaag.

De meeste zonnecellen zijn "sandwiches" van materialen die zo zijn gelaagd dat wanneer licht het celoppervlak raakt, het elektronen in negatief geladen materiaal opwindt en een elektrische stroom opwekt door de elektronen naar een rooster van positief geladen "gaten" te verplaatsen. perovskiet-zonnecellen met een eenvoudige planaire oriëntatie, pin (of kneep wanneer omgekeerd) genoemd, vormt de perovskiet de intrinsiek lichte intrekkende laag (de "i" in pin) tussen de negatief geladen ETL en een positief geladen gatentransportlaag (HTL).

Wanneer de positief en negatief geladen lagen gescheiden zijn, gedraagt ​​de architectuur zich als een subatomisch spel van Pachinko waarin fotonen van een lichtbron onstabiele elektronen uit de ETL verwijderen, waardoor ze naar de positieve HTL-kant van de sandwich vallen. De perovskietlaag versnelt deze stroom.

Hoewel perovskiet zorgt voor een ideale intrinsieke laag vanwege de sterke affiniteit voor zowel gaten als elektronen en de snelle reactietijd, is commerciële fabricage een uitdaging, deels omdat het moeilijk is om een ​​uniforme ETL-laag effectief over het kristallijne oppervlak van de perovskiet aan te brengen.

De onderzoekers kozen de verbinding [6,6] -fenyl-C (61) -boterzuurmethylester (PCBM) vanwege zijn staat van dienst als een ETL-materiaal en omdat PCBM toegepast in een ruwe laag de mogelijkheid biedt van verbeterde geleidbaarheid, minder doordringbaar interfacecontact en verbeterde lichtopsluiting.

"Er is heel weinig onderzoek gedaan naar ETL-opties voor het planaire pinontwerp", zegt André D. Taylor, universitair hoofddocent aan de Tandon School of Engineering aan de New York University. "De belangrijkste uitdaging in vlakke cellen is, hoe assembleer je ze op een manier die de aangrenzende lagen niet vernietigt?"

De meest gebruikelijke methode is spingieten, waarbij de cel wordt rondgedraaid en centripetale kracht wordt toegestaan ​​om de ETL-vloeistof over het perovskietsubstraat te verspreiden. Maar deze techniek beperkt zich tot kleine oppervlakken en resulteert in een inconsistente laag die de prestaties van de zonnecel verlaagt. Spin-gieten is ook onbelangrijk voor commerciële productie van grote zonnepanelen door middel van werkwijzen zoals rol-naar-rol vervaardiging, waarvoor de flexibele pen vlakke perovskietarchitectuur anders goed geschikt is.

De onderzoekers keken in plaats daarvan naar sproeibekleding, die het ETL uniform over een groot gebied toepast en geschikt is voor de productie van grote zonnepanelen. Ze rapporteerden een 30 procent efficiëntie-winst over andere ETL's - van een PCE van 13 procent naar meer dan 17 procent - en minder defecten.

"Onze aanpak is beknopt, zeer reproduceerbaar en schaalbaar. Het suggereert dat sproeibekleding van de PCBM ETL een brede aantrekkingskracht zou kunnen hebben op het verbeteren van de rendementsbasis van perovskiet-zonnecellen en een ideaal platform zou bieden voor recordbrekende perovskiet-zonnecellen in de nabije toekomst, "voegt Taylor eraan toe.

Extra coauteurs zijn van de Universiteit van Electronic Science and Technology van China, Peking University, Yale University en Johns Hopkins University.

De Stichting van de National Natural Science Foundation of China (NSFC), de Foundation for Innovation Research Groups van de NSFC, de Chinese Scholarship Council, en de US National Science Foundation verstrekten financiering voor het onderzoek.

Bron: New York University

Related Books:

at InnerSelf Market en Amazon