Forskare säger att de har löst en stor tillverkningsutmaning för perovskitceller - de spännande potentiella utmanarna till kiselbaserade solceller.

Dessa kristallina strukturer visar stort löfte eftersom de kan absorbera nästan alla våglängder av ljus. Perovskite-solceller är redan kommersialiserade i liten skala, men de senaste stora förbättringarna i deras effektomvandlingseffektivitet (PCE) driver ett intresse för att använda dem som billiga alternativ till solpaneler.

I papperet i nano~~POS=TRUNC, visar forskargruppen ett nytt skalbart sätt att tillämpa en kritisk komponent på perovskitceller för att lösa några större tillverkningsutmaningar. Forskarna tillämpade det kritiska elektronöverföringsskiktet (ETL) i perovskite fotovoltaiska celler i en ny spridningsbeläggning - för att införa ETL med överlägsen konduktivitet och ett starkt gränssnitt med sin granne, perovskitskiktet.

De flesta solceller är "smörgåsar" av material skiktade på ett sådant sätt att när ljuset träffar cellens yta, exciterar det elektroner i negativt laddat material och sätter upp en elektrisk ström genom att flytta elektronerna mot ett gallerverk med positivt laddade "hål". perovskite solceller med en enkel plan orientering som kallas stift (eller nyp när inverterad) utgör perovskiten det lätta infångande inre lagret ("i" i stift) mellan det negativt laddade ETL och ett positivt laddat håltransportlager (HTL).

När de positivt och negativt laddade skikten separeras, beter sig arkitekturen som ett subatomiskt spel av Pachinko, där fotoner från en ljuskälla avlägsnar instabila elektroner från ETL, vilket får dem att falla mot den positiva HTL-sidan av smörgåsen. Perovskitskiktet ökar detta flöde.

Medan perovskite ger ett idealiskt inbyggt skikt på grund av sin starka affinitet både för hål och elektroner och dess snabba reaktionstid, visar tillverkning i kommersiell skala utmaningar dels för att det är svårt att effektivt tillämpa ett enhetligt ETL-skikt över perovskitens kristallina yta.

Forskarna valde föreningens (6,6) -fenyl-C (61) -smörsyra-metylester (PCBM) på grund av dess track record som ett ETL-material och eftersom PCBM applicerat i ett grovt lager ger möjlighet till förbättrad konduktivitet, mindre penetrerbar gränssnittskontakt och förbättrad ljusfångning.

"Mycket lite forskning har gjorts på ETL-alternativ för den plana stiftdesignen", säger André D. Taylor, docent i Tandon School of Engineering vid New York University. "Den viktigaste utmaningen i plana celler är hur du faktiskt monterar dem på ett sätt som inte förstör de intilliggande lagren?"

Den vanligaste metoden är spinngjutning, vilket innebär att man spinner cellen och tillåter centripetalkraft att sprida ETL-vätskan över perovskit-substratet. Men denna teknik är begränsad till små ytor och resulterar i ett inkonsekvent skikt som sänker solcellens prestanda. Spinngjutning är också oförmöglig för kommersiell produktion av stora solpaneler med hjälp av sådana metoder som roll-to-roll-tillverkning, för vilken den flexibla stiftformiga perovskitearkitekturen annars är väl lämpad.

Forskarna vände sig istället till spraybeläggning, som tillämpar ETL jämnt över ett stort område och är lämplig för tillverkning av stora solpaneler. De rapporterade en 30-procentuell effektivitetsvinst jämfört med andra ETLs-från en PCE av 13-procent till över 17-procent och färre defekter.

"Vårt tillvägagångssätt är koncist, mycket reproducerbart och skalbart. Det föreslår att spraybeläggning av PCBM ETL kan ha bred överklagande mot att förbättra effektivitetsbasen för perovskit-solceller och tillhandahålla en idealisk plattform för perovskite solceller i den närmaste framtiden, säger Taylor.

Ytterligare medförfattare är från University of Electronic Science and Technology i Kina, Peking University, Yale University och Johns Hopkins University.

Stiftelsen för National Natural Science Foundation of China (NSFC), Stiftelsen för Innovation Research Groups of NSFC, det kinesiska stipendiet och amerikanska National Science Foundation tillhandahöll finansiering för studien.

Källa: New York University

Relaterade böcker:

at InnerSelf Market och Amazon