Španělsko-italská výzkumná skupina dokázala zlepšit účinnost a stabilitu standardního perovskitového solárního článku přidáním uhlíkových teček dopovaných dusíkem jako přísady. Uhlíkové tečky se poté smíchaly s roztokem perovskitového prekurzoru ve dvou různých koncentračních úrovních. A obě se nanesly rotačním nanášením na perovskitovou vrstvu.
Iontové a vodíkové vazby stabilizující interakce
Španělsko-italská výzkumná skupina zlepšila stabilitu a účinnost přeměny energie solárního článku na bázi methylamonium (MA)-formamidinium (FA) halogenidu olovnatého perovskitu. A to s použitím grafitových a amorfních uhlíkových teček dopovaných dusíkem (gN-CD) jako přísady.
,,Článek byl koncipován výhradně ke studiu vlivu CD aditiv na účinnost a stabilitu ve fotovoltaických zařízeních na bázi perovskitu,“ řekl výzkumník Juan Luis Delgado. ,,Stabilita buněk obsahujících gN-CD se zlepšila.“ Dlouhodobé hodnocení výkonu článků ukázalo zlepšení účinnosti přeměny energie článků obsahujících gN-CD v průběhu času. A to až na 109 % počáteční účinnosti po 40 dnech, zatímco referenční výkon bez CD klesl na 86 %.“
Vědci použili na jejich povrchu 3 mm CD bohaté na karboxylové kyseliny. Ty umožňují iontové a vodíkové vazby stabilizující interakce s formamidiniem (FA). K jejich vývoji použili syntetický postup spočívající v tepelném zpracování v muflové peci kyseliny L-asparagové na vzduchu při 320°C po dobu 100 hodin. GN-CD se poté smíchaly s roztokem perovskitového prekurzoru. A to ve dvou různých koncentračních úrovních a obě se nanesly rotačním nanášením na perovskitovou vrstvu.
Experimentální solární článek
Experimentální solární článek se postavil se substrátem vyrobeným z oxidu cínu. A to dopovaného fluorem (FTO), kompaktní vrstvou oxidu titaničitého (TiO2), mezoporézní vrstvou TiO2, filmem vyrobeným z perovskitu o složení MA 0,17 FA 0,83 Pb (I 0,83 Br0,17)3 :N-CD. To je materiál pro přenášení otvoru (HTM) a zlatý (Au) kovový kontakt.
Vědci použili protonovou nukleární magnetickou rezonanci. A to k analýze chemických interakcí mezi vrstvou perovskitu. A porovnali je s interakcemi referenční buňky bez CD. Použili elektronovou mikroskopii ke studiu směsí gN-CD a perovskitového absorbéru. Provedli dlouhodobé testy stability.
„Po prvních 10 dnech obě zařízení obsahující gN-CD vykazovala zlepšení ve výkonnosti. Zatímco výkonnost referenčních buněk a buněk obsahujících aN-CD klesla,“ vysvětlili vědci. ,,Po 20 dnech výkony referenčních buněk a buněk obsahujících aN-CD pomalu klesaly, zatímco výkony buněk obsahujících gN-CD se stále zvyšovaly.“
Podle jejich měření se účinnost článku s nejnižší koncentrací gN-CD zvýšila až na 109 %. Zatímco u referenčního článku bez uhlíkových teček klesla na 86 %.
,,Pozorované zvýšení účinnosti přeměny energie je způsobeno hlavně progresivním nárůstem napětí naprázdno u solárních článků obsahujících gN-CD,“ uvedli. ,,Méně silné interakce mezi aN-CD a PVSK mohou být důvodem, proč jsou zařízení obsahující tato aditiva méně stabilizovaná než zařízení obsahující gN-CD.“
Výzkumníci představili článek v „Efektivních a stabilních perovskitových solárních článcích založených na uhlíkových nanotečkách dopovaných dusíkem“, které se nedávno publikovaly v Energy Technology. V týmu jsou akademici z Baskické univerzity UPV/EHU a Basque Research and Technology Alliance (BRTA) ve Španělsku a také z univerzity v Terstu v Itálii.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
