Toto zařízení, vyvinuté vědci v Saúdské Arábii, je údajně nejúčinnějším perovskitovým solárním článkem, jaký byl kdy hlášen, s vrstvou přenášející organické elektrony. Článek dosáhl napětí naprázdno 1,13 V, hustoty zkratového proudu 24,7 mA cm2 a faktoru

Toto zařízení, vyvinuté vědci v Saúdské Arábii, je údajně nejúčinnějším perovskitovým solárním článkem, jaký byl kdy hlášen, s vrstvou přenášející organické elektrony. Článek dosáhl napětí naprázdno 1,13 V, hustoty zkratového proudu 24,7 mA cm² a faktoru plnění 77 %.

Skupina výzkumníků vedená saúdskoarabskou Univerzitou vědy a technologie krále Abdulláha (KAUST) vyrobila nejúčinnější perovskitový solární článek. Ten je založený na organické elektronové transportní vrstvě (ETL). A to s použitím samo-uspořádaných monovrstvových molekul (SAM) obsahujících kyselinu fosfonovou jako kotvící skupinu.

,,Všechny samostatně sestavené monovrstvy byly navrženy tak, aby shromažďovaly díry. Což dobře funguje pro perovskitové solární články v architektuře kolíkové polarity," řekl hlavní autor výzkumu Stefaan De Wolf. ,,Zde jsme testovali řadu elektronově selektivních SAM navržených a syntetizovaných Kaunas University of Technology. A zjistili jsme, že fungují dobře v perovskitových solárních článcích s kolíkovou polaritou. Takže v podstatě koncept SAM dekorace z oxidu kovu pro vyladění selektivity náboje se nyní ukázal jako dobře fungující pro obě polarity. Celkově to má několik výhod, jako je například nízkoteplotní zpracovatelnost kontaktů.“

Vědci použili nefullerenové polovodiče složené z molekul známých jako antrachinon (AQ) a naftalendiimid (NDI). Ty podle nich umožňují kovalentní vazbu s povrchy oxidu india a cínu (ITO) v buňce a energetickou shodu s perovskitem. Používali zejména dvě upravené verze molekul, které nazvali PANDI a PAAQ.

Nejúčinnější perovskitový solární článek se samouspořádanou vrstvou transportu organických elektronů

Výzkumná skupina postavila článek se substrátem vyrobeným ze skla a ITO, elektronově selektivními SAM, perovskitovým absorbérem, děrovou transportní vrstvou (HTL) na bázi Spiro-OMeTAD, vrstvou oxidu molybdenu (MoOx) a stříbrnou (Ag) kovový kontakt.

Akademici provedli termogravimetrickou analýzu (TGA) na těchto modifikovaných molekulách. A zjistili, že jsou tepelně stabilní s pouze 5 % ztrátou hmotnosti při 356 °C a 268 °C, v tomto pořadí.

„Výsledky propustnosti UV-vis funkcionalizace SAM na povrchu ITO vykazují zanedbatelné optické ztráty. A to ve srovnání s holými filmy ITO a ITO/SnO₂,“ uvedli s tím, že tyto SAM také vykazovaly relativně vhodné energetické zarovnání s perovskitovým absorbérem a kontaktem ITO. „Zejména SAM na bázi PANDI vykazují vyšší homogenitu povrchu na povrchu ITO než PAAQ SAM. Zjistili jsme, že zvyšující se povrchová homogenita na ITO/PANDI může účinně potlačit neradiační mezifázovou rekombinaci prostřednictvím pasivace s efektem pole, jak naznačují delší životnost nosičů náboje a vyšší hodnoty QFLS."

Testování

Při testování za standardních světelných podmínek dosáhl článek účinnosti přeměny energie 21,5 %. Což je dosud nejvyšší účinnost, kterou výzkumný tým dosud uváděl pro perovskitový solární článek. Ten se spoléhá na vrstvu transportující organické elektrony. Zařízení také dosáhlo napětí naprázdno 1,13 V, hustoty zkratového proudu 24,7 mA cm² a faktoru plnění 77 %.

„Testovali jsme také provozní stabilitu našich zařízení na bázi SAM při 65 °C s více než 90 % zachováním jejich původního výkonu. A to po dobu 1 000 hodin,“ vysvětlili také výzkumníci.

Identifikovali, že PANDI SAM jsou nejvhodnějšími kandidáty pro budoucí perovskitové solární články s kolíkovou strukturou. A to proto, protože jej lze snadněji aplikovat na flexibilní substráty. „Zařízení na bázi PANDI také ukázalo zlepšenou provozní dlouhodobou tepelnou stabilitu. Což potvrzuje, že PANDI SAM má potenciální budoucnost pro využití jako ETL materiály,“ uzavřeli.

Solární článek se představil ve studii „Nonfullerene Self-Assembled Monolayers As Electron-Selective Contacts for Nip Perovskite Solar Cells“. Ta se nedávno publikovala v ACS Energy Letters.

Zdroj: pv-magazine, Vapol