Ett samarbete som leds av ICIQs Palomares-grupp fördjupar förståelsen för vilken inverkan förändring av materialen i en perovskitsolcell har på dess prestanda. Resultaten, publiceras i den peer-reviewade tidskriften Energi- och miljövetenskap kommer att informera utformningen av komponenterna i solceller, vilket ökar deras kommersiella attraktionskraft.

Perovskite-baserade solceller är den snabbast framskridande soltekniken hittills. Sedan de användes första gången 2009, perovskite solceller har uppnått hög verkningsgrad (över 22 % under standard solbestrålning) till låga produktionskostnader. Även om de flesta av perovskitekomponenterna är optimerade, det finns fortfarande utrymme för förbättringar. Särskilt med hänvisning till håltransportmaterial (HTM) som används.

Samarbetet, bland forskare från ICIQs Palomares- och Vidal-grupper, gruppen Fysikalisk kemi för ytor och gränssnitt vid Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC) och IMDEA Nanocienca, belyser orsakerna bakom de skillnader som observerats i perovskitsolcellsprestanda genom att jämföra fyra olika HTM:er som har nära kemiska och fysikaliska egenskaper.

Små förändringar kan vara kraftfulla

Perovskitbaserade solceller närmar sig den stabilitet som krävs för att kunna lita på som potentiella kommersiella produkter under arbetsförhållanden. Det största problemet är materialen som används - särskilt spiro-OMeTAD, den mest använda HTM, som är benägen att försämras. Därför, aktuell forskning är inriktad på att hitta alternativ. "Forskare har designat nya molekyler som kan ersätta spiro-OMeTAD i flera år. Letar efter molekyler med liknande elektriska och optiska egenskaper än spiro-OMeTAD och hoppas på att få liknande resultat. Men när man testar nya HTM, istället för att få liknande resultat, cellerna fungerade mycket dåligt. Så vi bestämde oss för att förstå varför detta hände, " förklarar Núria F. Montcada, en postdoktor vid Palomares-gruppen och en av de första författarna till uppsatsen.

Forskarna insåg att nya molekyler med potential att ersätta spiro-OMeTAD som HTM valdes ut på basis av deras egenskaper i lösning. Dock, i funktionella solceller, dessa molekyler framställs i form av tunna filmer vars ytor, i tur och ordning, placeras i kontakt med andra material, bildar gränssnitt. De skapade gränssnitten kan ge förändringar i molekylernas egenskaper.

Genom samarbetet med ICMAB-forskare, ytarbetsfunktionen för varje HTM-lager på perovskites solceller mättes för att finna att "Spiro-OMeTAD energinivåer är perfekt anpassade till de andra komponenterna i cellen, medan det energiska landskapet är mindre gynnsamt för lager av de nya testade HTM-molekylerna. Ytor och gränssnitt skapade i solcellsstapeln har en avgörande roll för enhetens funktionella prestanda, säger Carmen Ocal, forskare vid ICMAB.

"Vi måste vara medvetna om att perovskite-HTM-gränssnittet kan förändra energinivåerna och producera oönskade energifelställningar. Vi har kommit för att visa att studien av molekyler måste matcha de förhållanden under vilka molekylen kommer att användas - annars molekyldesign är bara trial and error, säger Montcada.