Az áttörés hatékony, stabil fordított perovszkit napelemeket ígér!

Az áttörés hatékony, stabil fordított perovszkit napelemeket ígérAz áttörés hatékony, stabil fordított perovszkit napelemeket ígér.

A perovskit az elmúlt évtizedben jelent meg, mint lenyűgöző eszköz a napfény hatékony rögzítésére és elektromos árammá alakítására. A perovszkit napelemekkel kapcsolatos kutatások nagymértékben arra irányultak, hogyan lehet növelni a stabilitásukat.

„Néhány ember képes nagy stabilitású perovszkitokat kimutatni, de a hatékonyság alacsonyabb” – mondta Zhu, a NREL Kémiai és Nanotudományi Központjának vezető tudósa. „Egyszerre kell nagy hatékonysággal és nagy stabilitással rendelkeznie. Ez kihívást jelent.”

Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának (DOE) Nemzeti Megújuló Energia Laboratóriumának (NREL) kutatói technológiai áttörést értek el, és megépítettek egy perovszkit napelemet, amelynek kettős előnye is volt: rendkívül hatékony és rendkívül stabil. Azzal az ötlettel állnak elő, hogy inverz perovszkit architektúrát alkalmazzanak olyan perovszkit napelemek előállítására, amelyek hatékonyan képesek elfogni a napfényt, és azt hatalmas stabilitással elektromos árammá alakítani.

A munkát a Toledói Egyetem, a Colorado – Boulder Egyetem és a Kaliforniai Egyetem – San Diego tudósaival együttműködve végezték.

A fordított szerkezetű perovszkit napelemek a könnyen méretezhető gyártás, megbízható működés és a perovszkit alapú tandem eszközarchitektúrák széles skálájával való kompatibilitásuk miatt vonzóak a jövőbeni kereskedelmi forgalomba hozatalhoz. Ezeknek a PSC-knek a teljesítményátalakítási hatékonysága azonban elmarad a normál szerkezetű társaiktól.

Az NREL kutatói fordított (tüskés) architektúrát alkalmaztak, nem pedig a normál (nip) architektúrát, amely eddig a legnagyobb hatékonyságot hozta – ezt a két típust az különbözteti meg, hogy a rétegek hogyan kerülnek az üveghordozóra. A fordított perovszkit architektúra nagy stabilitásáról és tandem napelemekbe való integrációjáról ismert.

Az NREL által vezetett csapat egy új molekulát, a 3-(aminometil)piridint (3-APy) is hozzáadta a perovszkit vékonyréteg felületéhez. A molekula reagált a perovszkitben lévő formamidiniummal, és elektromos mezőt hoz létre a perovszkit réteg felületén.

Először is, a 3-APy molekula szelektíven reagál a felületi FA+-szal, csökkentve a perovszkit felületi érdességét és a felületi lépcsőkkel/teraszokkal kapcsolatos felületi potenciál ingadozásokat. Másodszor, a perovszkit felületén lévő reakciótermék csökkenti a töltött jód-üres helyek képződési energiáját, ami hatékony n-típusú adalékoláshoz vezet, csökkentett munkafunkcióval a felületi régióban. A kutatók szerint ez óriási lökést adott nekik nemcsak a hatékonyság, hanem a stabilitás terén is.

Az egyedülálló építészeti szerkezet lehetővé tette a kutatók számára, hogy 24%-os stabilizált hatásfokot jegyezzenek fel 1 napos megvilágítás mellett, ami a maga nemében a legmagasabb jelentett érték. A rendkívül hatékony cella 2400 órányi, 55 Celsius fokos levegőben való működés után is megőrizte eredeti hatékonyságának 87%-át. A kutatók azt is megjegyezték, hogy a reaktív felületkezelés hatékony megközelítést jelent a fordított cellák teljesítményének jelentős növelésére „a hatékonyság és a működési megbízhatóság új, legkorszerűbb szintjére”.