Одноэтапный метод покрытия раствором для продвижения производства и коммерциализации перовскитных солнечных элементов.
Солнечные элементы на основе перовскита (PSC) считаются многообещающим кандидатом для фотоэлектрических технологий следующего поколения с высокой эффективностью и низкой себестоимостью, что потенциально может произвести революцию в отрасли возобновляемых источников энергии. Однако существующий послойный производственный процесс создает проблемы, которые препятствуют коммерциализации этой технологии.
Недавно исследователи из Городского университета Гонконга (CityU) и Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) в США совместно разработали инновационный одноэтапный подход к нанесению покрытия, который упрощает производственный процесс и снижает барьеры для коммерциализации PSC. Результаты были опубликованы в научном журнале Nature Energy под заголовком «Совместное нанесение дырочно-селективного контакта и поглотителя для улучшения технологичности перовскитных солнечных элементов».
«Сокращение количества этапов обработки устройства без ущерба для эффективности устройства поможет снизить сложность процесса и стоимость производства, что повысит технологичность PSC», — пояснил д-р Чжу Цзунлун, соруководитель исследования и доцент в Химический факультет CityU.
«Мы решили производственную проблему с помощью нового подхода к совместной обработке дырочно-селективного контакта и слоя перовскита за один этап, что привело к современной эффективности 24,5% и исключительной стабильности для инвертированных перовскитных солнечных элементов. помогает приблизить коммерциализацию технологии на один шаг», — сказал он.
Как правило, PSC изготавливаются с использованием послойного процесса, который включает последовательное нанесение различных слоев солнечного элемента друг на друга. Хотя этот подход был успешным в производстве высокоэффективных перовскитных солнечных элементов, он вызывает проблемы, которые могут препятствовать их коммерциализации, такие как повышенная стоимость изготовления, неудовлетворительная однородность и воспроизводимость.
Чтобы улучшить технологичность PSC, д-р Чжу сотрудничал с д-ром Джозефом М. Лютером из NREL, чтобы совместно изобрести новый подход к изготовлению эффективных перевернутых перовскитных солнечных элементов, в которых дырочно-селективный контакт и перовскитный поглотитель света могут образовываться спонтанно в единая процедура покрытия раствором.
Они обнаружили, что если к раствору предшественника перовскита добавить определенные фосфоновые или карбоновые кислоты , раствор будет самособираться на подложке из оксида индия и олова во время обработки перовскитной пленки. Они образуют прочный самособирающийся монослой в качестве превосходного селективного контакта по дыркам во время кристаллизации перовскита. Эта единая процедура покрытия раствором не только решает проблемы смачиваемости, но также упрощает изготовление устройства за счет одновременного создания как селективного контакта по отверстиям, так и перовскитного светопоглотителя вместо традиционного послойного процесса.
Вновь созданное устройство PSC имеет КПД преобразования энергии 24,5% и может сохранять более 90% своего первоначального КПД даже после 1200 часов работы в точке максимальной мощности при непрерывном освещении. Его эффективность сравнима с эффективностью аналогичных PSC на рынке.
Совместная группа также показала, что новый подход совместим с различными самособирающимися монослойными молекулярными системами, композициями перовскитов, растворителями и масштабируемыми методами обработки, такими как методы центрифугирования и лезвийного покрытия. И PSC, изготовленные с помощью нового подхода, имеют сравнимые характеристики с теми, которые производятся другими методами.
«Внедрив этот инновационный подход, мы надеемся внести свой вклад в сообщество исследователей перовскита, предложив более простой метод производства высокоэффективных перовскитных солнечных элементов и потенциально ускорив процесс их вывода на рынок», — сказал доктор Чжу.
Исследовательская группа планирует дополнительно изучить взаимосвязь между структурами самособирающихся монослойных молекул и предшественниками перовскитов, чтобы определить оптимальную группу самособирающихся монослойных молекул для этого метода, тем самым повышая общую производительность PSC.
