Mezinárodní výzkumný tým zkonstruoval zařízení s trojitým spojením s dvojitou objemovou a rozhraním pasivační technikou zaměřenou na podporu homogenity halogenidů na rozhraní mezi perovskitovým absorbérem a transportní vrstvou otvorů. All-perovskitový článek 0,049 cm2 dosáhl pozoruhodného napětí naprázdno 3,33 V. A zachoval si 80 % své počáteční účinnosti po 200 hodinách nepřetržitého sledování bodu maximálního výkonu.
Mezinárodní skupina výzkumníků vedená University of Toronto v Kanadě vyvinula all-perovskitový solární článek s trojitým spojením. Ten údajně vykazuje zlepšenou homogenizaci halogenidového perovskitového filmu.
Vědci uvedli, že jejich nová strategie ke zlepšení kvality filmu a účinnosti buněk se určila k překonání typického problému monolitických all-perovskitových trojitých fotovoltaických zařízení. Ta obvykle vykazují zvýšený posun pásma s vrstvami transportu náboje a hustotou defektů v širokém pásmu. To udržuje jejich účinnost na nižších úrovních, než jaké dosahují jejich protějšky s dvojitým a jednoduchým spojením.
,,Snažili jsme se zlepšit objemovou a mezifázovou halogenidovou homogenitu v 2 eV širokopásmovém perovskitovém absorbéru bohatém na brom. A to zejména proto, abychom snížili energetické ztráty,“ řekl autor výzkumu Edward Sargent.
All-perovskitové trojité fotovoltaické zařízení
Jejich přístup sestával z techniky duální objemové a rozhraní pasivace zaměřené na podporu homogenity halogenidu na rozhraní mezi perovskitovým absorbérem a vrstvou transportu otvorů (HTL). Zahrnuje zavedení diamoniumhalogenidové soli známé jako propan-1,3-diamoniumjodid (PDA) během tvorby filmu.
All-perovskitový článek měl plochu 0,049 cm2 a převrácenou konfiguraci. Invertované perovskitové články mají strukturu zařízení známou jako „pin“, ve kterém je děrově selektivní kontakt p ve spodní části vnitřní perovskitové vrstvy i s vrstvou transportu elektronů n nahoře.
Zařízení se navrhlo se skleněným substrátem, průhledným zadním kontaktem z oxidu india dopovaného vodíkem (IOH), transportní vrstvou s otvory (HTL) vyrobenou z oxidu nikelnatého (NiOx) a kyseliny fosfonové nazývané methyl-substituovaný karbazol (Me -4PACz), širokopásmový perovskitový absorbér, spacer na bázi metylesteru fenyl-C61 – máselné kyseliny (PCBM) a polyethyleniminu (PEI), tlumicí vrstva oxidu cínu (SnOx), vrstva oxidu india a cínu (ITO), další HTL na bázi NiOx a Me-4PAC, mid-bandgap perovskitový absorbér, buckminsterfullerenová (C60) elektronová transportní vrstva (ETL), další vyrovnávací vrstva SnOx, zlatý (Au) kovový kontakt, další HTL na bázi polymeru PEDOT:PSS, úzkopásmový perovskitový absorbér, ETL vyrobený z C60, další vyrovnávací vrstva SnOx a stříbrný (Ag) kovový kontakt.
Energetická bandgap tří absorbérů byla 1,97 eV, 1,61 eV a 1,25 eV.
Výzkumníci uvedli, že bylo zjištěno, že PDA je účinný při interakci s prekurzory perovskitu. A zároveň zpomaluje tvorbu perovskitových filmů během odstřeďování. Přičemž filmy vykazují opožděnou krystalizaci. ,,Předpokládáme, že PDA umožňuje kontrolovaný růst mezi halogenidovými druhy. A usnadňuje tak homogenní transformaci na smíšené perovskitové fáze,“ vysvětlili. ,,PDA kationty se silně vážou na rozhraní sousedních perovskitových fragmentů. Což umožňuje delší dobu relaxace pro výměnu různých halogenidových iontů, a tím tvorbu jednotných smíšených halogenidových perovskitových fází.“
Závěry testování
Při testování za standardních světelných podmínek ukázalo zařízení s trojitým spojením účinnost přeměny energie 25,1 %, napětí naprázdno 3,33 V, zkratový proud 9,7 mA cm2 a faktor plnění 0,78. Zařízení si také dokázalo udržet 80 % své počáteční účinnosti po 200 hodinách nepřetržitého sledování bodu maximálního výkonu (MPPT).
Národní laboratoř pro obnovitelné zdroje energie (NREL) amerického ministerstva energetiky mezitím certifikovala účinnost 23,87 % pro zařízení. A to pomocí asymptotického protokolu skenování maximálního výkonu.
,,Zjistili jsme, že zatímco diamonná sůl nepotlačuje světlem indukovanou segregaci halogenidů, buňka s širokým pásmem si zachovává vysokou provozní stabilitu při dlouhodobém osvětlení, nad stabilitou předchozích přibližně 2 eV buněk uváděných v literatuře,“ uvedli vědci.
Buňka se popsala ve studii „Homogenizace halogenidů pro nízkou energetickou ztrátu v 2-eV-bandgap perovskitech a zvýšenou účinnost v all-perovskitových solárních článcích s trojitým spojením“. Ta se publikovala v Nature energy. V týmu se nacházeli akademici z Eindhoven University of Technology v Nizozemsku a University of Washington ve Spojených státech. Stejně jako akademici z University of Oxford a University of Cambridge ve Spojeném království.
Zdroj: pv-magazine, TowPoint
