Forskare har tagit ett steg mot att tillverka solceller från blyfria perovskiter. Högkvalitativa filmer baserade på dubbla perovskiter, som visar lovande fotovoltaiska egenskaper, har utvecklats i samarbete mellan Linköpings universitet, Sverige, och Nanyang Technological University i Singapore.

Forskargrupper runt om i världen eftersträvar potentialen hos perovskiter som ett av de mest lovande materialen för utveckling av billiga, miljövänliga och effektiva solceller. På bara några år, effektomvandlingseffektiviteten har ökat från några procent till över 22 procent. De perovskiter som för närvarande är tillgängliga för användning i solceller, dock, innehåller bly, och Feng Gao, universitetslektor vid LiU, utsågs hösten 2017 till Wallenberg Academy Fellow för att utveckla blyfria dubbla perovskiter, där en envärd metall och en trevärd metall ersätter det tvåvärda blyet.

I laboratoriet vid avdelningen för biomolekylär och organisk elektronik, LiU, postdoc-forskarna Weihua Ning och Feng Wang har framgångsrikt tillverkat enskikts tunna filmer av tätt packade kristaller av dubbla perovskiter. Filmerna är av extremt hög kvalitet och kan användas som det aktiva lagret i solceller, där solljus absorberas och laddningsbärare skapas.

"Våra kollegor vid Nanyang Technological University i Singapore har visat att laddningsbärarna uppvisar långa diffusionslängder i materialet, vilket är nödvändigt för att materialet ska vara lämpligt för applicering i solceller, " säger Feng Gao.

Solcellernas effektomvandlingseffektivitet är fortfarande låg – bara cirka 1 procent av energin i solljus omvandlas till elektricitet – men varken Feng Gao eller Weihua Ning är oroliga. "Vi har tagit det första stora steget och utvecklat en metod för att tillverka det aktiva lagret. Vi har flera goda idéer om hur vi ska gå tillväga för att öka effektiviteten inom en snar framtid, " säger Feng Gao.

Forskare har beräknat att över 4, 000 olika kombinationer av material kan bilda dubbla perovskiter. De kommer också att använda teoretiska beräkningar för att identifiera de kombinationer som är mest lämpade för användning i solceller. Detta genombrott för forskning inom dubbla perovskiter är också ett resultat av den gemensamma doktorsexamen. program i material- och nanovetenskap/teknik vid Linköpings universitet och Nanyang Technological University.

"Denna publikation är en spin-off av diskussionerna i relation till det gemensamma doktorandprogrammet mellan NTU-LiU. Två doktorander, en på varje sida, har rekryterats för att arbeta med detta projekt. Detta är en utmärkt start för programmet, säger professor Tze Chien Sum från NTU.

"Vi kompletterar varandra väldigt bra, gruppen ledd av professor Sum i NTU är experter på fotofysik och vi är experter på materialvetenskap och enhetsfysik, " säger Feng Gao.

Tre resultat publiceras i Avancerade material .