Řízení procesu krystalizace tenkých vrstev perovskitu je jedním z nejnáročnějších aspektů pro upscaling solární technologie, ale australský výzkumný tým tvrdí, že udělal průlom vytvořením fotovoltaických článků nové generace s potenciálem konkurovat trvanlivosti křemíkových alternativ.
Výzkumníci z Australské výzkumné rady (ARC) Center of Excellence in Exciton Science se sídlem na melbournské Monash University tvrdí, že prokázali nový způsob, jak vytvořit stabilní perovskitové solární články, které vydrží mnohem déle než jejich předchůdci, aby pomohly učinit technologii komerčně relevantní.
Výroba perovskitových článků obecně závisí na použití halogenidů olova a vyžaduje zahrnutí silných rozpouštědel pro řízení krystalizačního procesu. Což je proces, který může vést k defektům v tenkých filmech, což způsobí, že výsledné zařízení rychle ztrácí účinnost. Zdá se to také těžké ovládat.
Vědci spolu s kolegy z Wuhan University of Technology v Číně uvedli, že chemická sloučenina octan olovnatý se ukázal jako slibný alternativní prekurzor. Protože může vytvářet ultra hladké tenké filmy s méně defekty.
Aplikace v reálném světě
Doposud se octan olovnatý používal pouze k výrobě perovskitů na bázi methylamonia nebo cesia. Ty jsou relativně nestabilní a nejsou vhodné pro aplikace v reálném světě. Výzkumný tým uvedl, že lepšího kandidáta pro komerční použití lze nalézt v perovskitech vyrobených za použití formamidinia a cesia. A to díky jejich vynikající stabilitě.
Předchozí pokusy o jejich syntézu pomocí octanu olovnatého jako prekurzoru selhaly, ale Dr Sebastian Fürer z Monash University řekl, že k vyřešení tohoto problému výzkumníci použili amonium jako těkavý kation (kladně nabitý iont) v kritické fázi.
,,Přítomnost amonia posloužila k odstranění zbytkového acetátu během žíhání, aniž by se tvořily nežádoucí vedlejší produkty,“ řekl.
Vědci uvedli, že články zaznamenaly účinnost konverze 21 %. Což jsou zatím nejlepší výsledky zaznamenané u zařízení vyrobeného z bezhalogenidového zdroje olova. Prototyp mini solárního panelu s články dosáhl účinnosti 18,8 %.
Doktorand Jie Zhao z Monash University řekl, že testovací zařízení také vykazovala silnou tepelnou stabilitu a nadále fungovala bez ztráty účinnosti po 3 300 hodinách provozu při 65 °C.
Proces krystalizace
„Podařilo se nám použít octan olovnatý v jednostupňovém procesu odstřeďování, abychom získali dokonalý, vysoce kvalitní tenký formamidinium-cesiový perovskitový film,“ řekl. ,,A protože nepotřebujeme antirozpouštědlo, můžeme to udělat pomocí rozsáhlých technik, jako je lakování čepelí. Což znamená, že je to životaschopné v průmyslovém měřítku.“
Výsledky se publikovaly v Energy and Environmental Science.
Další tým výzkumníků z ARC Center of Excellence v Exciton Science prokázal nový způsob, jak zlepšit stabilitu perovskitových buněk, což vede k tenkým filmům, které jsou podle nich kvalitnější, se sníženými defekty a zvýšenou stabilitou.
Vědci uvedli, že odstraněním rozpouštědla dimethyl-sulfoxidu a zavedením dimethylamoniumchloridu jako krystalizačního činidla byli schopni lépe řídit přechodné fáze procesu krystalizace perovskitu.
Vědci ve spolupráci s vědci z Oxfordské univerzity ve Spojeném království uvedli, že skupiny až 138 vzorků zařízení se podrobily zrychlenému stárnutí a testovacímu procesu při vysokých teplotách a v reálných podmínkách. Formamidinium-cesium perovskitové buňky vytvořené pomocí nového procesu syntézy výrazně překonaly kontrolní skupinu. A prokázaly odolnost vůči tepelné, vlhkostní a světelné degradaci.
Testování
Během testování fungovalo nejlepší zařízení nad prahovou hodnotou T80 více než 1 400 hodin při simulovaném slunečním světle při teplotě 65 °C. T80 je doba, za kterou se solární článek sníží na 80 % své počáteční účinnosti.
Po 1 600 hodinách přestalo fungovat kontrolní zařízení vyrobené za použití konvenčního dimethylsulfoxidového přístupu. Zatímco zařízení vyrobená s novým, vylepšeným designem si zachovala 70 % své původní účinnosti.
Stejná studie degradace se provedla na skupině zařízení při 85 °C, přičemž nové buňky opět překonaly kontrolní skupinu.
Australští vědci vypočítali, že nové buňky stárnou faktorem 1,7 na každých 10 °C zvýšení teploty, které jsou vystaveny. Což se blíží dvojnásobnému nárůstu očekávanému u komerčních křemíkových zařízení.
Doktorand Oxfordské univerzity Philippe Holzhey řekl, že práce publikovaná v Nature Materials je silným krokem vpřed k vyrovnání stability komerčního křemíku. A dělá z tandemových zařízení perovskit-křemík mnohem realističtějšího kandidáta na to, stát se dominantním solárním článkem nové generace.
„Je opravdu důležité, aby se lidé začali přesouvat. A aby si uvědomili, že výkon nemá žádnou hodnotu, pokud nejde o stabilní výkon,“ řekl. „Pokud zařízení vydrží den nebo týden nebo tak něco, nemá to takovou hodnotu. Musí to vydržet roky.“
Zdroj: pv-magazine, Vapol
