Mezinárodní výzkumný tým vyvinul perovskitový solární článek zvyšující výkon na bázi fenethylamoniumchloridu (PEACl). O kterém se také tvrdí, že snižuje počet procesních kroků. S touto technikou skupina postavila mistrovské zařízení s účinností 20,9 %.
Mezinárodní výzkumný tým vyvinul metodu výroby tenkých perovskitových vrstev pomocí prekurzoru známého jako fenethylamoniumchlorid (PEACl) v současném kroku depozice a pasivace.
,,Takový zjednodušený proces může výzkumníkům umožnit vyrábět buňky s konzistentnější kvalitou,“ řekl Tim Kodalle, vědec vedoucí experimenty dokončené v Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). ,,Z dlouhodobého hlediska může tento proces potenciálně snížit náklady a spotřebu energie na výrobu perovskitových článků.“
Navrhovaná metoda údajně snižuje počet syntézních kroků a zároveň stabilizuje halogenidový perovskitový film na více než měsíc. Tým uvedl, že použil zjednodušený přístup, který kombinuje upravený 2D/3D výrobní proces se začleněním velkých halogenidů do 2D/3D perovskitových filmů. Integrovaná depoziční a pasivační strategie používala PEACl rozpuštěný v isopropylalkoholu (IPA).
Roztok PEACl:IPA se nanesl jako modifikované antirozpouštědlo (AS) během procesu 3D halogenidového perovskitu, integrujícího pasivaci přes 2D perovskit do depozičního kroku 3D perovskitových filmů. PEACl se přidal k antirozpouštědlu v kroku odstředivého potahování. Smíšený 2D/3D film byl poté žíhán na plotýnce.
Tým porovnal výkon solárního článku na bázi PEACI:IPA s výkonem referenčního zařízení bez úpravy PEACI.
Zlepšení výkonu perovskitových solárních článků s fenethylamoniumchloridem
„PEACl-PSC vykazují výrazně zlepšený výkon zařízení. A taky reprodukovatelnost ve srovnání s kontrolní buňkou,“ uvedl s tím, že výkon šampionské buňky byl ověřen řadou testů s výsledky, které naznačovaly, že má vysokou stabilizovanou účinnost.
Tento článek dosáhl účinnosti přeměny energie 20,9 %, napětí naprázdno 1,13 V, hustoty zkratového proudu 23,0 mA/cm2 a faktoru plnění 80,0 %. Referenční článek dosáhl účinnosti 19,0 %, napětí naprázdno 1,10 V, hustoty zkratového proudu 23,2 mA/cm2 a faktoru plnění 73,2 %.
Tým přisuzoval zlepšení výkonu snížení rychlosti neradiační rekombinace a zlepšení rozhraní perovskitu a transportní vrstvy děr.
Aby se mohlo dále prozkoumat, jak přístup PEACl ovlivnil výkon, protože nebylo jasné, jak zahrnutí objemných molekul do předem žíhaného vlhkého filmu ovlivňuje nukleaci a následnou krystalizaci perovskitového filmu, tým v Berkeley Lab se požádal, aby provedl řadu měření in situ.
Použilo se několik technik měření in situ. V pokročilém světelném zdroji se data fotoluminiscence (PL) a širokoúhlého rozptylu rentgenového záření (GIWAXS) shromažďovala pomocí na zakázku vyrobené analytické komory. Podle Tima Kodalla, vědce vedoucího experimenty dokončené v Berkeley Lab, tým navíc použil ultrafialovou spektroskopii. A to k pozorování vývoje absorbance filmů, jak se vytvořily, aby zaznamenal rozdíly v optických vlastnostech vzorků.
Analýza časového vývoje
Vědci poté korelovali datové toky ze tří technik, aby analyzovali časový vývoj krystalické struktury vzorků. Tým zjistil, že PEACl zpomaluje proces růstu krystalů, což vede k větší průměrné velikosti zrna a užší distribuci velikosti zrn. To zase snižuje rekombinaci nosičů na hranicích zrn a zlepšuje výkon a stabilitu zařízení.
„Údaje naznačují, že během žíhání vlhkého filmu PEACl difunduje na povrch filmu a vytváří hydrofobní (kvazi-)2D struktury. Ty chrání většinu perovskitového filmu před degradací způsobenou vlhkostí,“ uvedli vědci. Dodali na závěr, že dvoustupňový proces PEACl může vložit tenkou ochrannou bariéru, která zadržuje vlhkost.
Podrobnosti výzkumu se uvedly v „Strategii integrované depozice a pasivace pro řízenou krystalizaci 2D“ publikované společností Advanced Materials. Na projektu spolupracovali výzkumníci z University of Stuttgart, Lawrence Berkeley National Laboratory i Forschungszentrum Jülich. Dále Brandenburg University of Technology, McGill University a Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
