Международная группа университетских исследователей сегодня сообщила о решении серьезной проблемы изготовления перовскитных элементов - интригующих потенциальных претендентов на создание солнечных элементов на основе кремния.
Эти кристаллические структуры имеют большие перспективы, поскольку они могут поглощать почти все длины волн света. Перовскитные солнечные элементы уже коммерциализированы в небольших масштабах, но недавние значительные улучшения в их эффективности преобразования энергии (PCE) вызывают интерес к их использованию в качестве недорогой альтернативы солнечным панелям.
В статье, опубликованной сегодня в Интернете для номера Nanoscale от 28 июня 2018 г., публикации Королевского химического общества, исследовательская группа раскрывает новые масштабируемые средства применения критического компонента к перовскитным клеткам для решения некоторых проблем. основные производственные задачи. Исследователи смогли применить критический слой переноса электронов (ETL) в перовскитовых фотоэлектрических элементах новым способом - напылением - чтобы наполнить ETL превосходной проводимостью и прочным интерфейсом со своим соседом, перовскитовым слоем.
Исследование возглавляют Андре Д. Тейлор, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии Тандонской инженерной школы Нью-Йоркского университета, а также Ифань Чжэн, первый автор статьи и исследователь из Пекинского университета. Соавторы из Университета электронных наук и технологий Китая, Йельского университета и Университета Джона Хопкинса.
Большинство солнечных элементов представляют собой «бутерброды» из материалов, слоистых таким образом, что когда свет попадает на поверхность элемента, он возбуждает электроны в отрицательно заряженном материале и создает электрический ток, перемещая электроны к решетке из положительно заряженных "дырки". В перовскитных солнечных элементах с простой плоской ориентацией, называемой p-i-n (или n-i-p в перевернутом виде), перовскит представляет собой улавливающий свет внутренний слой («i» в p-i-n) между отрицательно заряженным ETL и положительно заряженным транспортным слоем дырок (HTL)..
Когда положительно и отрицательно заряженные слои разделены, архитектура ведет себя как субатомная игра патинко, в которой фотоны от источника света вытесняют нестабильные электроны из ETL, заставляя их падать в сторону положительной HTL стороны сэндвича.. Слой перовскита ускоряет этот поток. В то время как перовскит создает идеальный внутренний слой из-за его сильного сродства как к дыркам, так и к электронам, а также из-за его быстрого времени реакции, производство в промышленных масштабах оказалось затруднительным отчасти потому, что трудно эффективно нанести однородный слой ETL на кристаллическую поверхность перовскита..
Исследователи выбрали метиловый эфир [6, 6]-фенил-C(61)-масляной кислоты (PCBM) из-за его репутации в качестве ETL-материала, а также потому, что PCBM, нанесенный на шероховатый слой, дает возможность с улучшенной проводимостью, менее проницаемым интерфейсным контактом и улучшенным улавливанием света.
«Опциях ETL для планарной конструкции p-i-n было проведено очень мало исследований, - сказал Тейлор. «Основная проблема в планарных ячейках заключается в том, как их на самом деле собрать таким образом, чтобы не разрушить соседние слои?»
Наиболее распространенным методом является центробежное литье, которое включает вращение ячейки и позволяет центростремительной силе рассеивать жидкость ETL по перовскитовой подложке. Но этот метод ограничен небольшими поверхностями и приводит к неоднородному слою, который снижает производительность солнечного элемента. Литье методом центрифугирования также несовместимо с коммерческим производством больших солнечных панелей такими методами, как рулонное производство, для которого в остальном хорошо подходит гибкая планарная перовскитная архитектура p-i-n.
Вместо этого исследователи обратились к напылению покрытия, которое равномерно наносит ETL на большую площадь и подходит для производства больших солнечных панелей. Они сообщили о повышении эффективности на 30% по сравнению с другими ETL - с PCE на 13% до более чем 17% - и о меньшем количестве дефектов.
Добавил Тейлор: «Наш подход является кратким, легко воспроизводимым и масштабируемым. Он предполагает, что напыление на PCBM ETL может иметь широкое применение для повышения базовой эффективности перовскитных солнечных элементов и обеспечения идеальной платформы для рекордных показателей. p-i-n солнечные батареи из перовскита в ближайшем будущем."
Фонд Национального фонда естественных наук Китая (NSFC), Фонд групп инновационных исследований NSFC, Китайский стипендиальный совет и Национальный научный фонд США предоставили финансирование для исследования.