Solen är en outtömlig och hållbar energikälla. Därav, solceller blir allt viktigare i tysk energiproduktion. Bland lovande material för solceller – med hög effektivitet och låga produktionskostnader – finns metallorganiska perovskiter. Forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har utvecklat en ny typ av högeffektivt nickeloxidhåltransportlager som kan deponeras på stora ytor och når rekordeffektivitet i dessa solceller.

Med effektiviteter över 24 procent i laboratoriet, Perovskite solceller är bland de mest effektiva tunnfilms solceller. Jämfört med kiselsolceller som för närvarande är dominerande på marknaden, de kan tillverkas mycket enklare och till lägre kostnad.

När solljus träffar Perovskite-absorbenten, elektroner lösgörs från sitt bundna tillstånd och utsätts för excitation. På samma gång, positivt laddade hål kvarstår. "För att samla energi från solcellen, dessa elektroner och hål måste avlägsnas på olika sidor av absorbatorn. I Perovskite solceller, detta görs av selektiva laddningsbärarskikt, dvs membran som låter antingen elektroner eller hål passera, säger Tobias Abzieher, doktorand vid Light Technology Institute (LTI) vid KIT. "Effektiva Perovskite-solceller kräver inte bara ett optimerat ljusabsorberande Perovskite-skikt, men också optimerade laddningsbärarselektiva lager."

Tillsammans med andra forskare vid KIT, Abzieher har utvecklat en ny typ av högeffektivt håltransportlager baserat på nickeloxid (NiOx) för Perovskite-solceller. Detta lager kan produceras till låga kostnader och i motsats till konventionella organiska material, den är mindre känslig för temperaturer över 70°C. "För att avsätta materialet på substratet, vi använder en vakuumprocessteknik, elektronstråleavdunstning. Med hjälp av avdunstning, metalloxid avsätts på ett substrat. Tack vare det lilla antalet processparametrar, vi kan producera stora homogena lager av konstant hög kvalitet, " säger Abzieher.

Rekordeffektivitet

De helt vakuumbehandlade Perovskite solcellerna når verkningsgrader på upp till 16,1 procent och, därav, de är bland de mest effektiva Perovskite-solcellerna som produceras med denna metod. Förutom vakuumdeponering, det mycket effektiva substratet är också idealiskt för absorberande avsättning genom bläckstråleutskrift, en tryckmetod som används flitigt. Med denna välkända metod, forskare nådde världsrekord:deras bläckstråletryckta absorberande lager nådde effektiviteter på upp till 18,5 procent. "För närvarande fokuserar arbetet på deponering genom roterande beläggning. Här, effektiviteten är över 24 procent. Dock, denna teknik kan inte överföras till stora områden, " säger Tobias Abzieher.

"Vi koncentrerar oss på skalbara produktionsmetoder. Vårt mål är att överföra Perovskite solceller från laboratoriet till fabrikerna, " säger Dr. Ulrich W. Paetzold, Chef för Advanced Optics and Materials for Next Generation Photovoltaics Group vid KIT:s Institute of Microstructure Technology (IMT) och Light Technology Institute (LTI).