Ny forskning kan leda till design av nya material för att förbättra prestandan för perovskitsolceller (PSC).

Perovskitsolceller är en framväxande solcellsteknik som har sett en anmärkningsvärd ökning av effektomvandlingseffektiviteten till över 20 procent.

Dock, PSC:s prestanda påverkas eftersom perovskitmaterialet innehåller jondefekter som kan röra sig under en arbetsdag. När dessa defekter rör sig, de påverkar den inre elektriska miljön i cellen.

Perovskitmaterialet ansvarar för att absorbera ljus för att skapa elektronisk laddning, och även för att hjälpa till att extrahera laddningen till en extern krets innan den går förlorad för en process som kallas 'rekombination'.

Majoriteten av den skadliga rekombinationen kan ske på olika platser i solcellen. I vissa utföranden förekommer det övervägande inom perovskiten, medan det i andra händer vid kanterna på perovskiten där den kommer i kontakt med de intilliggande materialen som kallas transportlager.

Forskare från universiteten i Portsmouth, Southampton och Bath har nu utvecklat ett sätt att justera egenskaperna hos transportlagren för att uppmuntra de joniska defekterna i perovskiten att röra sig på ett sådant sätt att de undertrycker rekombination och leder till mer effektiv laddningsextraktion - vilket ökar andelen ljusenergi som faller på cellens yta som i slutändan kan användas.

Dr. Jamie Foster från University of Portsmouth, som var inblandad i studien, sade:"Noggrann celldesign kan manipulera de joniska defekterna för att flytta till områden där de förbättrar extraktionen av elektronisk laddning, därigenom ökar den användbara kraften som en cell kan leverera. "

Studien, publicerad i Energi- och miljövetenskap , visade att PSC:s prestanda är starkt beroende av permittiviteten (måttet på ett materials förmåga att lagra ett elektriskt fält) och den effektiva dopningstätheten hos transportskikten.

Dr Foster sa:"Att förstå hur och vilka transportlagers egenskaper som påverkar cellprestanda är avgörande för att informera om utformningen av cellarkitekturer för att få ut mest effekt samtidigt som nedbrytningen minimeras.

"Vi fann att jonrörelse spelar en betydande roll i prestandan hos stationära enheter, genom den resulterande ackumuleringen av jonisk laddning och bandböjning i smala lager intill gränsytorna mellan perovskiten och transportskikten. Fördelningen av den elektriska potentialen är avgörande för att bestämma cellens övergående och steady-state-beteende.

"Utöver detta, vi föreslår att dopningstätheten och/eller permittiviteterna för varje transportskikt kan justeras för att minska förluster på grund av gränssnittsrekombination. När detta och den hastighetsbegränsande laddningsbäraren har identifierats, vårt arbete ger ett systematiskt verktyg för att justera transportlagers egenskaper för att förbättra prestandan. "

Forskarna föreslår också att PSC som tillverkas med transportlager med låg permittivitet och dopning är mer stabila, än de med hög permittivitet och dopning. Detta beror på att sådana celler visar minskad jonvakansackumulering inom perovskitlagren, som har kopplats till kemisk nedbrytning vid kanterna på perovskitskiktet.