Tvärbindande effekt ger resistens mot de nya föreningarna syntetiserade av litauiska kemister. Kredit:And Unicorns
En grupp kemister från Kaunas tekniska universitet i Litauen, utvecklarna av många banbrytande innovationer inom solenergiområdet, föreslog ännu en lösning för att öka stabiliteten och prestandan hos perovskitsolelement. De syntetiserade en ny klass av karbazolbaserade tvärbindningsbara material, som är resistenta mot olika miljöeffekter, inklusive starka lösningsmedel som används vid produktion av solceller.
När de applicerades som håltransporterande lager hjälpte de nya materialen till att uppnå 16,9 % effektivitet hos perovskitcellerna med inverterad arkitektur vid första försöket. Den förväntas nå högre effektivitet vid optimering.
Nya material termiskt polymeriserade för att ge motstånd
Organiska-oorganiska hybridperovskitsolceller har väckt uppmärksamhet över hela världen som ett konkurrenskraftigt alternativ till konventionell kiselbaserad solteknik. De är billigare, mer flexibla och har högre effektkonverteringseffektivitet. Forskare över hela världen arbetar för att lösa utmaningar relaterade till att förbättra stabiliteten och andra egenskaper hos perovskit-solelementen. Dessa skiktade, nya generationens solceller kan ha två arkitektoniska strukturer - vanliga (n-i-p) och inverterade (p-i-n) strukturer. I den senare avsätts de håltransporterande materialen under perovskitabsorberingsskiktet.
"Även om p-i-n-celler har många fördelar jämfört med perovskitsolceller i vanlig arkitektur, har de allvarliga brister. Till exempel bör de håltransporterande föreningarna kunna motstå de starka polära lösningsmedel som används för att bilda ljusabsorberande perovskitskikt, vilket är placerad ovan", förklarar professor Vytautas Getautis, chefsforskare vid KTU-fakulteten för kemisk teknologi.
För att lösa detta problem används ofta polymerer i p-i-n-arkitekturer som håltransporterande material. Men på grund av löslighetsproblem är ett polymerskikt inte lätt att bilda; dessutom är det svårt att kontrollera återkommande reaktioner och syntetisera samma struktur. I syfte att lösa detta problem gjorde KTU-forskare ett håltransporterande lager av karbazolbaserade molekyler, som sedan polymeriserades termiskt in situ för att uppnå tvärbindningseffekt.
"Den tvärbundna polymeren har en tredimensionell struktur. Den är mycket motståndskraftig mot olika effekter, inklusive de starka lösningsmedel som används samtidigt som de bildar ett ljusabsorberande perovskitskikt. Vi använde flera grupper av molekyler och utvecklade material, som samtidigt användes som ett håltransporterande skikt, kan förbättra effektiviteten hos en inverterad perovskitsolcell till nästan 17 procent", säger en Ph.D. student Šarūnė Daškevičiūtė-Gegužienė, som syntetiserade dessa föreningar.
Den ovan beskrivna uppfinningen presenterades som en omslagsartikel i Chemical Communications .
Rekordbrytande tandemsolcell
Forskargruppen som leds av prof. Getautis har utvecklat många banbrytande uppfinningar, som syftar till att förbättra effektiviteten hos solceller. Bland dem finns syntetiserade föreningar, som självmonterar till ett molekyltunt lager som fungerar som ett håltransporterande material. Den silikon-perovskit tandem solenergi som produceras med användning av nämnda material nådde en effektivitet på över 29 procent. Enligt Prof Getautis kommer den senare tandemkombinationen snart att bli det kommersiellt tillgängliga alternativet till silikonbaserade solceller – effektivare och billigare.
"Vårt forskningsområde syftar till att förbättra den befintliga tekniken för perovskit-solelement och inom detta område har vi uppnått de bästa resultaten med den självmonterande monolagerteknologin. Men vetenskapen utvecklas ofta i flera riktningar, eftersom vi behöver utforska sätt att använda solenergi så gott vi kan", säger prof Getautis.
Även om perovskitceller är en nyhet jämfört med silikonbaserad solteknik, finns det flera företag som redan har kommersialiserat olika produkter baserade på perovskitteknologi. Bland dem finns flexibla halvtransparenta inredningselement, bärbar elektronik för att kontrollera djurlivet och olika arkitektoniska lösningar. Och det här är bara början.
Enligt Prof Getautis, av alla förnybara energikällor, har solenergi den största potentialen och är den minst utnyttjade. Men tack vare den nya forskningen utvecklas detta område exponentiellt. Det beräknas att år 2050 kommer ungefär hälften av den elektricitet som används på jorden att produceras från solenergi.
"Solenergi är helt och hållet grön - den är fri från föroreningar och de installerade solenergiparkerna kräver inte mycket underhåll. Med tanke på aktuella händelser och energikrisen är fler och fler människor intresserade av att installera solkraftverk i sina hem eller att vara skyldig en andel av en solcellsfarm. Det är en framtid med energi", är Prof Getautis övertygad. + Utforska vidare
