Perovskitový fotovoltaický článek je založený na bázi nanočástic oxidu titaničitého a jeho účinnost je až 24,05 %.
Mezinárodní výzkumný tým vede univerzita École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Zde postavili perovskitový solární článek s vrstvou pro přenos elektronů (ETL). Je založený na bázi monokrystalického oxidu titaničitého (TiO2) romboedrických nanočástic.
„Solární článek je koncipovaný pro použití ve fotovoltaice integrované do budovy (BIPV). A to včetně střešních tašek, fasád, stěn a perovskitových solárních článků integrovaných do tenkovrstvých baterií pro internet věcí a senzorové aplikace.“
Nanočástice TiO2 se syntetizovaly jednokrokovou solvotermální metodou. Ta je založená na Mannichově reakci. To je organická reakce, která se běžně používá pro konverzi primárního nebo sekundárního aminu a dvou karbonylových sloučenin.
„Příznivá energetická hladina, vysoká mobilita elektronů a snížené hustoty pastí nanočástic vedou k rychlému mezifázovému přenosu náboje. Sedí na rozhraní m-TiO2/perovskit v kombinaci s rychlým mezizrnným transportem náboje mezi sousedními nanočásticemi TiO2,“ uvedli vědci.
Perovskitový fotovoltaický článek a výroba
Solární článek se vyrobil s n-i-p strukturou a architekturou sestávající ze substrátu potaženého sklem z oxidu cínu. Ten je dopovaný fluorem (FTO), kompaktními vrstvami anatasu TiO2, vrstvami nanočástic TiO2 s vysokou vodivostí. Dále filmu vyrobeného z perovskitu se složením z Rb0.03Cs0.05MA0.05FA0.90PbI3 a spiro-OMeTAD vrstvou. Ta blokuje díry a zlatý (Au) kovový kontakt.
Špičkový solární článek vyvinutý s touto strukturou dosáhl účinnosti přeměny energie 24,05 %, napětí naprázdno 1,12 V, zkratového proudu 25,35 mA cm–2 a faktoru plnění 84,7 %. Výzkumný tým připisoval vyšší napětí naprázdno a faktor plnění snížené rekombinaci náboje a sníženému sériovému odporu.
„Vynikající reprodukovatelnost je demonstrovaná úzkým rozložením fotovoltaických výkonů,“ uvedli vědci.
Buňka se použila k sestavení mini perovskitového solárního článku s aktivní plochou 24,63 centimetrů čtverečních pomocí odstředivého potahování a vakuového kalení. Malý panel vykazoval účinnost přeměny energie 22,87 % a faktor plnění 82,0 %.
„Malé zařízení na bázi nanočástic, které těží z menšího počtu vnitřních defektů, vykazovalo dlouhodobou provozní stabilitu. Navíc si udrželo 90 % své počáteční účinnosti po nepřetržitém provozu po dobu 1400 hodin,“ uvedli vědci.
Poprvé se týmu podařilo výrazně snížit rozdíl mezi efektivitou na malé ploše a efektivitou na velké ploše. To představovalo nejnižší dosud hlášenou ztrátu účinnosti při škálování z buňky na modul.
Vědci popsali solární článek v knize „Jednokrystalické nanočástice TiO2 pro stabilní a účinné perovskitové moduly“. Kniha se nedávno objevila v Nature Nanotechnology. Výzkumný tým zahrnuje vědce z evropských univerzity EPFL, University of Würzburg, University of Luxembourg, Lucemburského institutu vědy a technologie. Dále z asijských univerzit North China Electric Power University a Xi’an Jiaotong University.
zdroje: pv-magazine, Vapol
