Evropští vědci použili nanosekundový pulzní ultrafialový laser pro ošetření povrchových defektů v perovskitových vrstvách pro aplikace v solárních článcích. Výsledkem je výrazné zvýšení účinnosti a stability článků. Nová technika může být vhodná zejména pro výrobní linky typu „roll-to-roll“ (R2R).
Použití ultrafialového laseru
Evropský výzkumný tým se snažil zlepšit výkon a účinnost perovskitového solárního článku pasivací povrchových defektů v perovskitovém filmu pomocí komerčního laserového ošetření.
„Naše práce je důkazem konceptu a důsledně pracujeme na pokročilých výsledcích,“ uvedla pro časopis pv odpovídající spoluautorka Monika Rai. Dále uvedla, že navrhovaný přístup je bez použití rozpouštědel a průmyslově škálovatelný.
Použili průmyslový nanosekundový pulzní ultrafialový (UV) laser o dvou různých energetických intenzitách 160 nJ a 650 nJ.
Vyhodnocení vlivu laserového pulzu
Poté využili skenovací elektronovou mikroskopii (SEM) a měření rentgenové difrakce (XRD) k vyhodnocení vlivu laserového pulzu na morfologii filmu. Následně zjistili, že obě intenzity vedou k rovnoměrnému rozložení velikosti zrn a jasným hranicím zrn, ačkoli vyšší intenzita vykazovala také některá degradovaná perovskitová zrna.
Naproti tomu laserový pulz s nižší intenzitou nepoškodil povrch perovskitu ani neovlivnil žádné objemové vlastnosti tenkého filmu perovskitu. „Při nízké energii laseru jsme nezpozorovali žádný rozdíl ve vazebné energii nebo rozšíření spekter. To naznačuje zanedbatelnou změnu chemických vlastností na povrchu perovskitu,“ uvedli vědci. „Při vysoké energii laseru se celková absorpce snižuje v důsledku zjevné destrukce ve filmu, což potvrzují měření XRD a SEM.“
Účinnost vzrostla
Tým aplikoval tuto úpravu na solární článek založený na trojmocném kationtu cesium-methylammonium formamidinium (CsMAFA). Poté zjistil, že jeho účinnost vzrostla z 18,0 % na 19,3 %, přičemž se zlepšily i jeho stabilní vlastnosti. „Při optimalizované energii vykazují laserem vyleštěná zařízení lepší napětí otevřeného obvodu (VoC) a faktor plnění díky sníženým rekombinačním ztrátám na rozhraní. To také odemyká potenciál vysokého Voc z perovskitů s podobným pásmovým rozpětím,“ uvedli a dodali, že článek dosáhl pozoruhodného Voc 1,21 V.
Článek si dokázal udržet přibližně 90 % své původní účinnosti po dobu 1 000 h. A to ve srovnání se 75 % u referenčního zařízení, na které se laserová úprava neaplikovala.
„Tato technika může být obzvláště vhodná pro výrobní linky typu roll-to-roll (R2R),“ uvedl pro časopis pv spoluautor Micahel Saliba.
Podrobnosti najdete v časopise ACS Energy Letters
Podrobnosti o přístupu, přesném nastavení výkonu laseru a metodách měření najdete v publikaci „Light Makes Right: Light Light: Laser Polishing for Surface Modification of Perovskite Solar Cells, publikovaném v časopise ACS Energy Letters. Výzkumnou skupinu tvoří vědci z univerzity ve Stuttgartu a Braniborské technické univerzity Cottbus-Senftenberg v Německu, z univerzity v Lucemburku a z univerzity ve Valencii ve Španělsku.
Zdroje: pv-magazine, Vapol
