Ett team av kemister från Kaunas tekniska universitet (KTU), Litauen tillsammans med fysiker från Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) vetenskapsinstitut, Tyskland, erbjuder ett nytt tillvägagångssätt för selektiv skiktbildning i perovskitsolceller. Molekylen, syntetiserad av KTU-kemisterna, samlar sig till ett monoskikt, som kan täcka en mängd olika ytor och kan fungera som ett ekonomiskt håltransporterande material i en perovskitsolcell.

Perovskitbaserade solceller leder till nya framväxande solceller, och redan konkurrenskraftig med väletablerad solenergiteknik som används i solpaneler runt om i världen. Ett viktigt steg mot massproduktion av denna nya generation solceller är utvecklingen av effektiva selektiva kontaktlager som skulle vara kompatibla med avsättningen av perovskitlager på olika substrat.

Spin-coating och ångdeponering är de två huvudsakliga metoder som för närvarande används för att bilda perovskitskikt i solceller. Spin-coating involverar droppande av flytande lösning på spinnande ytor; under processen, en stor mängd av materialet går förlorat. Ångdeponering kräver höga temperaturer och komplex vakuumteknik, och inte alla molekyler är lämpliga för avdunstning.

KTU kemister har syntetiserat en molekyl som sätter ihop sig själv till ett monolager, och som jämnt kan täcka vilken oxidyta som helst – inklusive texturerade ytor på kiselsolcellerna som används i tandemarkitekturer.

"Det är inte polymer, men mindre molekyler, och monoskiktet som bildas av dem är mycket tunt. Detta, och det faktum att monoskiktet bildas genom att doppa ytan i lösningen gör denna metod mycket billigare än de befintliga alternativen. Också, syntesen av vår förening är en mycket kortare process än den för polymeren som vanligtvis används vid produktion av perovskitsolceller, " säger Ernestas Kasparavičius, Ph.D. student vid KTU fakulteten för kemiteknik.

Det syntetiserade materialet måste testas. Teamet av fysiker från HZB i Berlin, Tyskland under ledning av Dr. Steve Albrecht, i samarbete med KTU-doktoranden Artiom Magomedov använde detta nya material framgångsrikt som ett håltransporterande lager i perovskitsolceller.

"I vårt laboratorium i Kaunas studerade vi användningen av de självorganiserande molekylerna för att bilda elektrodskiktet så tunt som 1-2 nm, täcker hela ytan jämnt. Under min praktik i Berlin kunde jag tillämpa vårt material och att producera ett första fungerande solelement med bara en monolagertjock selektiv kontakt, "säger Magomedov, forskare vid KTU-fakulteten för kemisk teknologi.

Denna självmonterande monolagerteknik uppnår extremt låg materialförbrukning och hög effektivitet – elementets effektomvandlingseffektivitet var nära 18 procent, vilket är exceptionellt högt för en ny teknik. Också, när det självmonterande monoskiktet används som ett håltransporterande skikt i perovskitceller, inga tillsatser behövs för att förbättra prestanda. Detta kan avsevärt förbättra livslängden för elementen. Efter den första framgången, forskare vid KTU syntetiserar nya material för monolagerbildning. De första testerna av de optimerade materialen vid HZB ledde till celler med över 21 procents effektivitet.