Elektronenblokkering maakt zonnecellen met 18,5% rendement mogelijk

Duitse en Zwitserse wetenschappers hebben samen een perovskiet zonnecel ontwikkeld met behulp van koolstofelektroden die zo hoog is als 18,5% efficiënt en 82% vasthoudt na 500 uur continu licht. Hoewel de efficiëntie van deze cel ver achterblijft bij andere perovskiet-zonne-apparaten, wordt het geproduceerd met behulp van een proces met lage temperaturen, waardoor het mogelijk is om goedkope, grootschalige productie te bereiken, waardoor deze aanpak het waard is om verder te worden onderzocht.

In een nieuw gepubliceerd artikel zeiden wetenschappers onder leiding van het Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems: "[Momenteel veelgebruikte] metaalcontactelektroden versnellen de afbraak van perovskiet-zonnecellen als gevolg van de diffusie van metaalverontreinigingen op het oppervlak. Het vervangen van metalen contacten door chemisch inerte, robuuste koolstofgrafietelektroden in perovskietzonnecellen - d.w.z. op koolstof gebaseerde perovskietzonnecellen (C-PSC's) - kan dit probleem fundamenteel oplossen. Het heeft mogelijkheden voor het omgaan met omgevingsdruk op basis van industrieel volwassen printtechnologie, dus het is veelbelovend voor commercialisering."

Ze legden verder uit dat een ander probleem zich voordeed in C-PSC-cellen, wat resulteerde in een prestatieverlies op het grensvlak van de koolstofelektrode met de perovskietlaag. Om dit probleem op te lossen, ontwikkelde het Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, in samenwerking met wetenschappers van het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie Lausanne (EPFL), een barrièrelaag die tussen de twee kan worden geplaatst.

Ze deponeerden een andere perovskietstructuur op de actieve laag van de batterij en gebruikten verschillende beeldvormingstechnieken om te bepalen dat deze extra laag kon voorkomen dat elektronen in de "verkeerde" richting bewogen en de prestaties van de batterij konden verbeteren.

Ze leggen deze aanpak uit in "Using 2D Perovskites as Electron Blocking Layers in High Efficiency (18.5%) Perovskite Solar Cells Using Printable Low-Temperature Carbon Electrodes" onlangs gepubliceerd in Advanced Energy Materials . Zoals de titel al doet vermoeden, maakte het team een cel met een hoog rendement van 18,5% en behield een efficiëntie van 82% na 500 uur blootstelling aan zonlicht. Het bedieningsapparaat zonder de barrière bereikte een initieel rendement van 15,7%, maar verloor 63% van zijn efficiëntie na 200 uur verlichting.

"Wij geloven dat het gebruik van 2D-perovskieten als elektronenblokkerende lagen (EBLs) kan helpen de weg vrij te maken voor de toekomstige efficiënte en langdurige stabiele praktijk van het ontwikkelen van volledig geprinte C-PSC's," concludeerde het team.