Razvijanje visoko stabilnih i efikasnih perovskita na bazi bogate mešavine broma i joda smatra se kritičnim za stvaranje tandemskih solarnih ćelija. Međutim, ova dva elementa imaju tendenciju da se razdvoje kada su izloženi svetlosti i toploti i tako ograničavaju napon i stabilnost solarne ćelije.
„Ovaj novi pristup rastu može značajno potisnuti faznu segregaciju“, rekao je Kai Zhu, viši naučnik u NREL-u, glavni istraživač na projektu i vodeći autor novog rada „Inženjering kompozicije teksture za visoko stabilne perovskitne solarne ćelije širokog pojasa. “
Novi pristup je rešio taj problem i proizveo je solarnu ćeliju širokog pojasa sa efikasnošću većom od 20% i fotonaponom od 1,33 volta i malom promenom u efikasnosti tokom 1.100 sati neprekidnog rada na visokoj temperaturi. Sa ovim novim pristupom, potpuno perovskitna tandem ćelija je dobila efikasnost od 27,1% sa visokim fotonaponom od 2,2 volta i dobrom radnom stabilnošću.
U tandem ćeliji, sloj uskog pojasa se taloži na vrh sloja širokog pojasa. Razlika u pojasevima omogućava da se veći deo sunčevog spektra uhvati i pretvori u električnu energiju.
Perovskit se odnosi na kristalnu strukturu formiranu taloženjem hemikalija na podlogu. Visoka koncentracija broma izaziva bržu kristalizaciju perovskitnog filma i često dovodi do defekata koji smanjuju performanse solarne ćelije. Različite strategije su pokušane da ublaže ta pitanja, ali se stabilnost perovskitnih solarnih ćelija sa širokim pojasom i dalje smatra neadekvatnom.
Novorazvijeni pristup se zasniva na radu Zhua i njegovih kolega koji su objavili ranije ove godine koji je preokrenuo tipičnu ćeliju perovskita. Korišćenje ove obrnute arhitektonske strukture omogućilo je istraživačima da povećaju i efikasnost i stabilnost i da lako integrišu tandem solarne ćelije.
Grupa predvođena NREL-om koristila je istu arhitekturu i dalje se udaljila od konvencionalne metode pravljenja perovskita. Tradicionalna metoda koristi antirastvarač koji se primenjuje na hemikalije za kristalizaciju da bi se stvorio ujednačen perovskitni film. Novi pristup se oslanjao na ono što je poznato kao gašenje gasom, pri čemu je tok azota upuvan na hemikalije. Rezultat se bavio problemom odvajanja broma i joda, što je rezultiralo perovskitnim filmom sa poboljšanim strukturnim i optoelektronskim svojstvima.
Pristup protiv rastvarača omogućava kristalima da brzo i ujednačeno rastu unutar perovskitnog filma, gužvajući jedni druge i dovodeći do defekata tamo gde se granice zrna susreću. Proces gašenja gasa, kada se primeni na hemikalije perovskita sa visokim sadržajem broma, primorava kristale da rastu zajedno, čvrsto zbijeni od vrha do dna, tako da postaju kao jedno zrno i značajno smanjuje broj defekata. Metoda rasta odozgo nadole formira gradijentnu strukturu, sa više broma pri vrhu i manje u masi ćelije. Metoda gašenja gasa je takođe bila statistički reproduktivnija od pristupa protiv rastvarača.
Istraživači su postigli efikasnost koja je premašila 20% za sloj širokog pojasa i operativnu stabilnost sa manje od 5% degradacije tokom 1.100 sati. Zajedno sa donjom ćelijom, uređaj je dostigao oznaku efikasnosti od 27,1%.
Istraživači su takođe isprobali argon i vazduh kao gas za sušenje sa sličnim rezultatima, što ukazuje da je metoda gašenja gasa opšti način za poboljšanje performansi širokopojasnih perovskitnih solarnih ćelija.
