Vakautta ja tehokkuutta perovskiittiaurinkokennoille

Sveitsiläisen EPFL:n ja Northwestern Universityn tutkijat julkistivat uraauurtavan suunnitelman perovskiittisille aurinkokennoille, luoden yhden vakaimmista perovskiittisistä aurinkokennoista (PSC), joiden tehonmuunnoskyky on yli 25 %, mikä tasoittaa tietä tulevalle kaupallistamiselle.

Kaupallistamisen tiellä on ollut vaikeus saavuttaa sekä korkea muunnoshyötysuhde että pitkäaikainen vakaus erityisesti haastavissa ympäristöolosuhteissa.

Ratkaisu piilee PSC-kerrosten välisessä vuorovaikutuksessa, joka on osoittautunut kaksiteräiseksi miekaksi. Kerrokset voivat parantaa kennojen suorituskykyä, mutta myös saada ne hapertumaan liian nopeasti.

Tutkijat keskittyivät käänteisten PSC:iden suunnitteluun, jotka ovat aiemmin osoittautuneet lupaaviksi toiminnan vakauden suhteen. He esittelivät erityisen itsekoostuvan yksittäiskerroksen molekyylejä, jotka pinnoittavat spontaanisti ja tasaisesti teksturoidun epäsäännöllisen alustan pinnan.

Uusi suunnitelma ratkaisee "molekyyliagglomeroitumisen", joka ilmenee, kun molekyylit kasautuvat yhteen eivätkä leviä tasaisesti, mikä voi vaikuttaa vakavasti niiden suorituskykyyn.

Uusi suunnitelma paransi valon absorptiota ja minimoi energiahäviöitä kerrosten välisessä rajapinnassa, mikä johti laboratoriossa mitattuun tehonmuunnostehokkuuteen, joka on vaikuttava 25,3 %.

Vakauden suhteen koerakenne osoitti huomattavaa joustavuutta. Ne säilyttivät 95 % huippusuorituskyvystään sen jälkeen, kun se oli altistettu 65 °C:n lämpötilalle ja 50 % suhteelliselle kosteudelle yli 1000 tunnin ajan.

Tämä vakauden taso yhdistettynä näin korkeaan muunnostehokkuuteen on ennennäkemätön PSC-maailmassa.

Aalto yliopiston tutkijat ovat yhteistyössä Tampereen ja Xi'anin yliopistojen tutkijoiden kanssa onnistuneesti tunnistaneet uusia ja lupaavia ehdokkaita aurinkosähkösovelluksiin.

Työssä tutkittiin sekametallisia kalkohalogenideita tietokonemallinnuksella. Näissä puolijohtavissa materiaaleissa yhdistyvät halogenidiperovskiittien optoelektroniset ominaisuudet metallikalkogenidien stabiilisuuteen.

Tämän seurauksena lyijyttömät metalliseoskalkohalogenidit voivat voittaa muiden tunnettujen halogenidiperovskiittien stabiilisuus- ja toksisuusongelmat ja helpottaa uusien aurinkokennojen kaupallistamista.

Tutkimuksessa tarkasteltiin yhteensä 27 yhdistettä, joista tunnistettiin 12 lupaavaa seosta, jotka soveltuvat aurinkosähköisiin sovelluksiin ja tarjoavat mahdollisuuden hienosäätää materiaalien ominaisuuksia tiettyihin valaistusolosuhteisiin.

Aiheesta aiemmin:

Välikerrokset tehostavat perovskiittikennoja

Ionit kuriin perovskiittisissa aurinkokennoissa

Merkittäviä läpimurtoja perovskiiteissä