Italští vědci vyrobili 110 cm² perovskitový solární modul s obrácenou konfigurací a vrstvou pro transport otvorů. Ta používá oxid niklu místo běžně používaného poly(triarylaminu) (PTAA). Navržená architektura má za cíl dosáhnout vysoké účinnosti, která je konkurenceschopná s panely na bázi PTAA, a zároveň zlepšit stabilitu.
Italští vědci z univerzity Tor Vergata vyvinuli invertované perovskitové solární moduly o rozměrech 15 cm x 15 cm založené na transportní vrstvě děr (HTL) vyrobené z anorganického oxidu niklu (NiOx).
„Náš výzkum vyniká optimalizací ukládání oxidu niklu na velké ploše pomocí nanášeče čepelí. Což je škálovatelná technika, která je zásadní pro snížení technologické mezery mezi základním výzkumem a komercializací,“ řekl hlavní autor výzkumu Luigi Angelo Castriotta. ,,Tato technika byla optimalizována pro provádění ve standardních okolních podmínkách s 25 % průměrnou vlhkostí. Což eliminuje potřebu řízených prostředí, jako je dusík, které se často používají v tradičních výrobních metodách.“
V invertovaných perovskitových solárních článcích a modulech se materiál perovskitových článků nanesl na HTL. A poté se stal potažen elektronovou transportní vrstvou (ETL) – opačným způsobem než konvenční architektura zařízení. Invertovaná perovskitová solární zařízení obvykle vykazují silnou stabilitu, ale za konvenčními zařízeními zaostávají z hlediska účinnosti konverze a výkonu článků.
Velkoplošné perovskitové solární moduly na bázi oxidu niklu s účinností 12,6 %
Italští vědci vysvětlili, že invertované perovskitové buňky běžně využívají HTL na bázi poly(triarylaminu) (PTAA). Ten je podle nich známý pro svůj vysoký výkon v tisknutelných zařízeních. Jejich volba pro NiOx se způsobila zvýšenou dlouhodobou stabilitou, kterou tento materiál nabízí. A to kromě podobných úrovní účinnosti ve srovnání s PTAA. ,,Na rozdíl od PTAA se NiOx stává potenciálně levný kvůli své anorganické povaze. Je vysoce fotostabilní, chemicky stabilní, má vynikající optickou propustnost a má hydrofilní povahu,“ vysvětlili.
Italští vědci však také varovali, že integrace NiOx HTL za okolních podmínek pomocí tiskových metod vede k nižší účinnosti. A to ve srovnání se zařízeními na bázi PTAA. Aby tento problém vyřešili, rozhodli se tisknout NiOx přes článek, bez jakéhokoli kroku potahování odstředěním, pomocí takzvaného omítání. Což je metoda obecně používaná k vytváření filmů s dobře definovanými tloušťkami.
,,Provedli jsme otěru roztoku chloridu nikelnatého (NiCl2·6H2O) na substrátech z oxidu india a cínu (ITO) v okolních podmínkách,“ vysvětlila skupina. ,,Pak byly filmy žíhány při 300 °C, aby se podpořil rozklad a oxidace. Přičemž se využil atmosférický kyslík k vytvoření filmu NiOx.“
Solární panel se vyrobil s ITO substrátem, NiOx HTL, samonosnou monovrstvou (SAM) vyrobenou z [2-(3,6-dimethoxy-9H-karbazol-9-yl)ethyl]fosfonové kyseliny (MeO- 2PACz), perovskitový absorbér, ETL spoléhající na buckminsterfulleren (C60), tlumicí vrstvu bathocuproinu (BCP) a měděný (Cu) kovový kontakt.
První čtyři vrstvy se vyrobily stěrkou v okolních podmínkách. Zatímco zbývající vrstvy se sestavily tepelným odpařováním.
Výsledky testování
,,Zjistili jsme, že zavedení SAM mezi oxid niklu a perovskit výrazně zlepšuje morfologii a uniformitu perovskitového filmu. I snižuje defekty, jako jsou dírky. Dále taky zvyšuje stabilitu zařízení v průběhu času,“ vysvětlil Castriotta.
Při testování za standardních podmínek osvětlení dosáhl perovskitový panel o ploše 110 cm² účinnosti přeměny energie 12,6 %, hustoty zkratového proudu 19,67 mA/cm2 a faktoru plnění 63,49 %. Zařízení si také dokázalo udržet 84 % své počáteční účinnosti po 1 000 hodinách tepelného namáhání při 85 °C na vzduchu.
„Tyto výsledky podtrhují potenciál NiOx v PSC a otevírají nové cesty pro rozsáhlou a nákladově efektivní výrobu perovskitových solárních modulů,“ uvedli akademici. ,,Budoucí výzkum by se měl zaměřit na další optimalizaci výrobního procesu. A taky na prozkoumání komerční životaschopnosti těchto technologií.“
Nový přístup se představil ve studii „Stabilní a udržitelné perovskitové solární moduly optimalizací ukládání oxidu niklu na povrchu lopatek na ploše 15 cm × 15 cm“. Ta se publikovala v komunikačních materiálech.
„Náš výzkum řeší nejen jednu z hlavních překážek komercializace perovskitových solárních článků, jmenovitě škálovatelnost výrobního procesu, ale činí tak udržitelným přístupem. Ten se vyhýbá použití toxických rozpouštědel a složitých výrobních prostředí,“ uvedl Castriotta. ,,Výsledkem je slibná technologie. Ta může urychlit přijetí perovskitových solárních článků v průmyslovém měřítku. A to i při zachování vysoké účinnosti a dlouhodobé stability.“
Zdroj: pv-magazine, Vapol
