محققان چالش اساسی در تولید انبوه سلولهای خورشیدی کم هزینه را حل می کنند

امروز یک تیم بین المللی از محققان دانشگاه از حل یک چالش مهم برای ساخت سلولهای پراوسکیت یعنی چالش برانگیز احتمالی سلولهای خورشیدی مستقر در سیلیکون خبر داده اند.

این ساختارهای کریستالی نوید بزرگی را نشان می دهند زیرا می توانند تقریباً تمام طول موج نور را جذب کنند. سلولهای خورشیدی Perovskite در حال حاضر در مقیاس کمی تجاری می شوند ، اما پیشرفتهای عظیم در بهره وری تبدیل انرژی آنها (PCE) علاقه به استفاده از آنها به عنوان گزینه های کم هزینه برای صفحات خورشیدی دارد.

در مقاله مقدماتی که امروز به صورت آنلاین برای شماره 28 ژوئن 2018 نانوساله منتشر شده است ، انتشارات انجمن سلطنتی شیمی ، تیم تحقیقاتی یک وسیله مقیاس پذیر جدید در استفاده از یک مؤلفه مهم برای سلول های پروسکایت را برای حل برخی از چالش های مهم ساختگی فاش می کند. محققان توانستند از لایه حمل و نقل الکترونی بحرانی (ETL) در سلولهای فتوولتائیک پرووسکایت به روش جدیدی - پوشش اسپری - برای انتقال ETL با هدایت برتر و رابط کاربری قوی با همسایه خود یعنی لایه perovskite استفاده کنند.

این تحقیق توسط آندره دی تیلور ، استادیار دانشکده مهندسی شیمی و بیومولکول دانشکده مهندسی تاندون NYU ، با ییفان ژنگ ، اولین نویسنده مقاله و محقق دانشگاه پکن انجام می شود. نویسندگان این گروه از دانشگاه علم و فناوری الکترونیک چین ، دانشگاه ییل و دانشگاه جان هاپکینز هستند.

بیشتر سلولهای خورشیدی "ساندویچ" از مواد لایه بندی شده به گونه ای هستند که وقتی نور به سطح سلول برخورد می کند ، الکترون ها را در مواد دارای بار منفی تحریک می کند و با حرکت الکترون ها به سمت کار مشبک "سوراخهای" با بار مثبت ، جریان برق را تنظیم می کند. در سلولهای خورشیدی پروسکایت با جهت یابی مسطح ساده ای به نام پین (یا گره خورده در صورت معکوس) ، پروسکایت لایه ذاتی نور گیرنده ("i" در پین) بین ETL با بار منفی و یک لایه حمل و نقل سوراخ مثبت (HTL) را تشکیل می دهد. .

هنگامی که لایه های بار مثبت و منفی از هم جدا شوند ، معماری مانند یک بازی زیر پوستی Pachinko رفتار می کند که در آن فوتون های از منبع نور الکترون های ناپایدار از ETL را دور می کنند و باعث می شوند که آنها به سمت سمت مثبت HTL ساندویچ بیفتند. لایه perovskite تسریع این جریان است. در حالی که پراسکسکیت به دلیل قرابت قوی آن برای سوراخها و الکترونها و زمان واکنش سریع آن ، لایه ای ذاتی ایده آل را ایجاد می کند ، ساخت مقیاس تجاری تا حدودی چالش برانگیز بوده است زیرا استفاده از یک لایه ETL یکنواخت بر روی سطح کریستالی پروسکایت دشوار است. .

محققان ترکیب [6،6]-فنیل-C (61) -Butyric acid methyl استر (PCBM) را به دلیل ضبط آهنگ به عنوان یک ماده ETL انتخاب کردند و به دلیل اینکه PCBM اعمال شده در یک لایه خشن امکان بهبود هدایت را فراهم می کند ، کمتر تماس رابط قابل تنظیم و به دام انداختن نور افزایش یافته است. تیلور گفت: "تحقیقات بسیار کمی در مورد گزینه های ETL برای طراحی پین مسطح انجام شده است." "چالش اصلی در سلول های مسطح این است که چگونه شما آنها را به گونه ای جمع می کنید که لایه های مجاور را از بین نبرند؟"

متداول ترین روش ریخته گری چرخش است که شامل چرخش سلول و اجازه دادن به نیروی محوریت برای متفرق کردن مایع ETL بر روی بستر پروووسیت است. اما این تکنیک به سطوح کوچک محدود می شود و منجر به لایه ای متناقض می شود که عملکرد سلول خورشیدی را پایین می آورد. ریخته گری اسپین برای تولید تجاری پنل های خورشیدی بزرگ با روش هایی مانند ساخت رول به رول غیرقابل توصیف است که معماری پروسکسکیت مسطح پین انعطاف پذیر در غیر این صورت مناسب است.

در عوض محققان به پوشش اسپری روی آوردند ، که ETL را به طور یکنواخت در یک منطقه بزرگ اعمال می کند و برای ساخت پانل های بزرگ خورشیدی مناسب است. آنها 30٪ افزایش بهره وری را نسبت به ETL های دیگر گزارش دادند ، از PCE 13٪ تا بیش از 17٪ و کمبود نقص. اضافه شده تیلور ، "رویکرد ما مختصر ، بسیار تکرار پذیر و مقیاس پذیر است. این نشان می دهد که روکش اسپری PCBM ETL می تواند. درخواست تجدید نظر گسترده در جهت بهبود پایه کارایی سلول های خورشیدی پروسکایت و ارائه یک پلت فرم ایده آل برای پین شکستن رکورد پروسکایت سلول های خورشیدی در آینده نزدیک. "