Medan behovet av förnybar energi runt om i världen ökar exponentiellt, Litauiska och tyska forskare har kommit med en ny lösning för att utveckla billiga soltekniker. Material, syntetiserade av Kaunas University of Technology (KTU) Litauens forskare, som självmonteras för att bilda ett molekylärtjockt elektrodskikt, presenterar ett enkelt sätt att förverkliga högeffektiva perovskite enkelkorsnings- och tandemsolceller. Licensen att producera materialet har köpts av ett japanskt företag.

Enligt forskare, uppnå perovskitbaserade solceller, kombinerar lågt pris och hög effektivitet, har visat sig vara en svår strävan tidigare. Den särskilda utmaningen i storskalig produktion är det höga priset och den begränsade mångsidigheten hos de tillgängliga hålselektiva kontakterna. KTU -kemister har tagit upp denna utmaning.

"Solelementet liknar en smörgås, där alla lager har en funktion, dvs att absorbera energin, för att separera hålen från elektroner, etc. Vi utvecklar material för det hålselektiva kontaktskiktet, som bildas av molekylerna i materialen som självmonteras på ytan av substratet, "förklarar Artiom Magomedov, Ph.D. student vid KTU -fakulteten för kemisk teknik, medförfattare till uppfinningen.

Utvecklade monoskikt kan kallas ett perfekt håltransporterande material, eftersom de är billiga, bildas med en skalbar teknik och har mycket god kontakt med perovskitmaterial. De självmonterade monoskikten (SAM) är så tunna som 1-2 nm, täcker hela ytan; molekyler deponeras på ytan genom att doppa den i en utspädd lösning. Molekylerna är baserade på karbazolhuvudgrupper med fosfonsyraförankringsgrupper och kan bilda SAM på olika oxider.

Enligt forskarna, användningen av SAMs hjälpte till att undvika problemet med den grova ytan på CIGS -cellen. Genom att integrera en SAM-baserad perovskit-solcell i en tandemarkitektur, en 23,26%-effektiv monolitisk CIGSe/perovskite tandem solcell realiserades, som för närvarande är världsrekord för denna teknik. Dessutom, en av de nyligen utvecklade SAMs som används i Si/perovskite tandemcellen uppnådde nästan rekordhög effektivitet på 27,5%.

"Perovskitbaserade solceller med enkel korsning och tandem är framtiden för solenergi, eftersom de är billigare och potentiellt mycket effektivare. Gränserna för effektivitet för för närvarande kommersiellt använda kiselbaserade solelement är mättade. Dessutom, kiselresurser av tsemiconductor-kvalitet blir knappa och det blir allt svårare att extrahera elementet, "säger professor Vytautas Getautis, chefen för KTU -forskargruppen bakom uppfinningen.

Enligt Magomedov, mängden solenergi som når jordens yta på en timme kan vara tillräckligt för att täcka det årliga behovet av hela människans elektricitet. "Solenergins potential är enorm, säger den unga forskaren.

Med traditionell teknik, 1 g kisel (Si) räcker för att bara producera ett par kvadratcentimeter av solelementet; dock, 1 g av materialet syntetiserat vid KTU är tillräckligt för att täcka upp till 1000 m ² av ytan. Dessutom, det självmonterande organiska materialet som syntetiseras vid KTU är betydligt billigare än alternativen som används i solcellselement för närvarande.

Teamet av KTU-kemister har studerat användningen av de självmonterande molekylerna i solceller i ett par år. Materialet, syntetiserat vid KTU, tillämpades vid produktion av en fungerande solcell i samarbete med Helmholtz Zentrum Berlin (HZB), Tyskland och Center for Physical Sciences and Technology (Lithuania) fysiker.

Licensen att tillverka det material som syntetiserats vid KTU -laboratorier köptes av ett japanskt företag; materialet som heter 2PACz och MeO-2PACz kommer snart att dyka upp på marknaden. Detta innebär att innovativ teknik som använder självmonterande föreningar kan forskas vidare i de bästa laboratorierna i världen och så småningom hitta sin väg till industrin.