Uusi konsepti aurinkokennoille

Technische Universität Dresdenin tutkijat ovat osoittaneet uudenlaisen aurinkokennojen konseptin, joka hyödyntää materiaalien kykyä olla olemassa eri kidefaaseissa.

Professori Vaynzof ja hänen tiiminsä osoittivat täysin uuden konseptin aurinkosähköisen heteroliitoksen muodostamiseksi. Siinä tutkijat hyödyntävät sitä tosiasiaa, että materiaalit voivat usein esiintyä erilaisissa rakenteellisissa kokoonpanoissa, joita kutsutaan kiteisiksi faaseiksi.

Tämä polymorfismiksi kutsuttu ilmiö tarkoittaa, että samalla materiaalilla voi olla erilaisiaominaisuuksia riippuen atomien ja molekyylien erityisistä järjestelyistä rakenteessaan.

Liittämällä kaksi tällaista saman materiaalin faasia, professori Vaynzof ja hänen tiiminsä osoittivat ensimmäistä kertaa faasiheteroliitoksisen aurinkokennojen muodostumisen.

Tutkimuksiinsa tutkijat käyttivät cesiumlyijyjodidiperovskiitin – erittäin tehokkaan aurinkokennojen materiaalin – beeta- ja gamma-faaseissa toteuttaakseen uuden konseptinsa.

"Cesiumlyijyjodidin optiset ja elektroniset ominaisuudet sen beeta- ja gammafaasissa ovat erilaisia", selittää professori Vaynzof. "Asettamalla gamma-perovskiitin beeta-perovskiitin päälle pystyimme valmistamaan aurinkokennon, joka on huomattavasti tehokkaampi kuin yhden faasin perovskiitteihin perustuvat aurinkokennot."

Tutkijat havaitsivat, että kaikki uuden rakenteen aurinkosähköparametrit ylittävät merkittävästi yksifaasisen rakenteen parametrit, mikä johti parhaimmillaan tehomuunnoksen 20,1 % hyötysuhteeseen.

Nämä parannukset johtuvat β-CsPbI3:n tehokkaasta passivoinnista suuremmalla kaistavälillä γ-CsPbI3, PHJ-laitteiden sisäänrakennetun potentiaalin kasvusta, jonka näiden kahden vaiheen välinen energinen kohdistus mahdollistaa ja PHJ-rakenteen tehostamasta valon absorptiosta.

Mikroskooppinen ja spektroskooppinen karakterisointi paljasti, että suorituskyvyn kasvu johtuu tehokkaasta vikojen passivoinnista, edullisesta energeettisestä kohdistuksesta ja parantuneesta valon absorptiosta näissä rakenteissa

Tärkeää on myös, että tutkijat vahvistivat, että faasiheteroliitos pysyy vakaana aurinkokennojen toiminnan aikana ja jopa vaimentaa ionien kulkeutumista aurinkokennojen absorboijassa, mikä ratkaisee perovskiittimateriaalien yleisen ongelman.

Samoihin aikoihin Northwestern Universityn, University of Toronton ja University of Toledon tutkijatiimi esitteli perinteisemmän perovskiittisen tandem perovskiittikennon, jonka muuntotehokkuus oli 26,3 %.

Näissä kennoissa ylempi perovskiittikerros absorboi hyvin spektrin ultraviolettiosan sekä osan näkyvästä valoa ja alempi on viritetty enemmän spektrin infrapunaosaa kohti.

Aiheesta aiemmin:

Perovskiittikennojen kääntelyä

Perovskiitti ei hevillä antaudu