Pehmusteella tehostettua perovskiittia

Perovskiittiset puolijohteet lupailevat erittäin tehokkaita ja edullisia aurinkokennoja. Puoliorgaaninen materiaali on kuitenkin erittäin herkkä lämpötilaeroille, mikä voi johtaa nopeasti väsymisvaurioihin normaalissa ulkokäytössä.

Professori Antonio Abaten ja HZB:n johtama kansainvälinen tiimi on nyt osoittanut, että dipolaarisen polymeeriyhdisteen lisääminen perovskiittiliuoksen esiasteeseen auttaa torjumaan tätä ongelmaa.

Tällä tavalla valmistetuilla aurinkokennoilla saavutetaan reilusti yli 24 % hyötysuhde, joka hädin tuskin putoa nopeissa lämpötilanvaihteluissa välillä -60 ja +80 celsius sata jaksoa. Se vastaa noin vuoden ulkokäyttöä.

Aurinkomoduulien odotetaan kuitenkin antavan vakaan tehon vähintään 20 vuoden ajan ulko-olosuhteissa, jossa ne ovat alttiina suurille lämpötilanvaihteluille.

"Auringonvalo voi lämmittää aurinkovalokennon sisäpuolen 80 celsiusasteeseen; pimeässä kenno jäähtyy välittömästi ulkolämpötilaan. Tämä laukaisee suuria mekaanisia rasituksia ohuessa perovskiitin mikrokidekerroksessa, jolloin syntyy vikoja ja jopa paikallisia faasimuutoksia, joten ohut kalvo menettää laatuaan", selittää professori Abate.

Yhdessä tiiminsä ja useiden kansainvälisten kumppaneiden kanssa hän on tutkinut kemiallista vaihtelua, joka parantaa merkittävästi perovskiittiohutkalvon stabiilisuutta erilaisissa aurinkokennoarkkitehtuureissa, muun muassa p-i-n -arkkitehtuurissa, joka on normaalisti hieman vähemmän tehokasta kuin useammin käytetty n-i-p -arkkitehtuuri.

"Optimoimme laitteen rakenteen ja prosessiparametrit aiempien tulosten pohjalta, ja lopulta saimme aikaan ratkaisevan parannuksen b-poly(1,1-difluorietyleenillä) tai lyhyesti b-pV2F:llä", sanoo Guixiang Li.

Parantavat b-pV2F-molekyylit muistuttavat siksak-ketjua, jossa vuorottelevat dipolit. "Tämä polymeeri näyttää kietoutuvan yksittäisten perovskiittimikrokiteiden ympärille ohuessa kalvossa pehmeän kuoren tavoin luoden eräänlaisen pehmusteen lämpömekaanista rasitusta vastaan", Abate selittää.

Aiheesta aiemmin:

Perovskiittikennojen parannuksia