Istraživači sa Univerziteta Northvestern ponovo su podigli standarde za solarne ćelije od perovskita sa novim razvojem koji je pomogao novoj tehnologiji da postigne nove rekorde efikasnosti.
Nalazi, objavljeni danas (17. novembra) u časopisu Science, opisuju rešenje sa dvostrukim molekulima za prevazilaženje gubitaka u efikasnosti dok se sunčeva svetlost pretvara u energiju. Uključujući prvi, molekul koji se bavi nečim što se zove površinska rekombinacija, u kojoj se elektroni gube kada su zarobljeni defektima – atomi koji nedostaju na površini, i drugi molekul koji poremeti rekombinaciju na interfejsu između slojeva, tim je postigao nacionalni obnovljivi izvor energije. Energi Lab (NREL) je sertifikovana efikasnost od 25,1%, dok su raniji pristupi dostigli efikasnost od samo 24,09%.
„Solarna tehnologija perovskita se brzo kreće, a naglasak istraživanja i razvoja se pomera sa apsorbera na sučelje“, rekao je profesor severozapada Ted Sargent. „Ovo je kritična tačka za dalje poboljšanje efikasnosti i stabilnosti i približavanje ovom obećavajućem putu ka sve efikasnijem solarnom žetvu.“
Sargent je ko-izvršni direktor Instituta za održivost i energiju Paula M. Trienens (ranije ISEN) i multidisciplinarni istraživač u hemiji materijala i energetskim sistemima, sa imenovanjima na odsjeku za hemiju na Veinberg College of Arts and Sciences i odsek za elektrotehniku i računarstvo u McCormick School of Engineering.
Konvencionalne solarne ćelije su napravljene od silikonskih pločica visoke čistoće koje su energetski intenzivne za proizvodnju i mogu da apsorbuju samo fiksni opseg solarnog spektra.
Perovskitni materijali čija se veličina i sastav mogu podesiti da bi „podesili“ talasne dužine svetlosti koju apsorbuju, što ih čini povoljnom i potencijalno nižom cenom, visokoefikasnom tandem tehnologijom u nastajanju.
Istorijski gledano, perovskitne solarne ćelije su bile mučene izazovima za poboljšanje efikasnosti zbog njihove relativne nestabilnosti. Tokom proteklih nekoliko godina, napredak Sargentove laboratorije i drugih doveo je efikasnost perovskitnih solarnih ćelija u isti opseg kao što je moguće postići sa silicijumom.
U ovom istraživanju, umesto da pokušava da pomogne ćeliji da apsorbuje više sunčeve svetlosti, tim se fokusirao na pitanje održavanja i zadržavanja generisanih elektrona kako bi se povećala efikasnost. Kada sloj perovskita dođe u kontakt sa slojem za transport elektrona ćelije, elektroni se kreću od jednog do drugog. Ali elektron se može pomeriti nazad napolje i ispuniti, ili „rekombinovati“ sa rupama koje postoje na sloju perovskita.
„Rekombinacija na interfejsu je složena“, rekao je prvi autor Čeng Liu, postdoktorski student u laboratoriji Sargent, koju zajedno nadgledaju Charles E. i Emma H. Morrison profesor hemije Merkuri Kanacidis. „Veoma je teško koristiti jednu vrstu molekula za rešavanje složene rekombinacije i zadržavanje elektrona, pa smo razmotrili koju kombinaciju molekula bismo mogli da upotrebimo da sveobuhvatnije rešimo problem.
Prethodno istraživanje Sargentovog tima pronašlo je dokaze da jedan molekul, PDAI 2, radi dobar posao u rešavanju rekombinacije interfejsa. Zatim su morali da pronađu molekul koji će raditi na popravljanju površinskih nedostataka i sprečavanju rekombinovanja elektrona sa njima.
Pronalaženjem mehanizma koji bi omogućio PDAI 2 da radi sa sekundarnim molekulom, tim se suzio na sumpor, koji bi mogao da zameni grupe ugljenika – obično slabe u sprečavanju kretanja elektrona – da pokrije nedostajuće atome i potisne rekombinaciju.
Nedavni rad iste grupe objavljen u časopisu Nature razvio je premaz za supstrat ispod sloja perovskita kako bi pomogao ćeliji da radi na višoj temperaturi tokom dužeg perioda. Ovo rešenje, prema Liu, može da funkcioniše u tandemu sa nalazima u naučnom radu.
Iako se tim nada da će njihovi nalazi ohrabriti širu naučnu zajednicu da nastavi dalje sa radom, oni će takođe raditi na naknadnim aktivnostima.
„Moramo da koristimo fleksibilniju strategiju da rešimo složeni problem interfejsa“, rekao je Čeng. „Ne možemo da koristimo samo jednu vrstu molekula, kao što su ljudi ranije radili. Koristimo dva molekula da rešimo dve vrste rekombinacije, ali smo sigurni da postoji više vrsta rekombinacije u vezi sa defektima na interfejsu. Moramo da pokušamo da koristimo više molekula da se spoje i osiguraju da svi molekuli rade zajedno bez uništavanja funkcija jedni drugih.“
