Schematisk illustration av (a) OEI-inställningen som används för att mönstra TiO 2 CL på FTO-glassubstrat och (b) enhetsstrukturen för OEI-TiO 2 CL-baserade PSC:er. Kredit:Kanazawa University
Behovet av att effektivt skörda solenergi för en mer hållbar framtid blir alltmer accepterat över hela världen. En ny familj av solceller baserade på perovskiter – material med en speciell kristallstruktur – konkurrerar nu med konventionella kiselmaterial för att tillfredsställa efterfrågan inom detta område. Perovskite solceller (PSC) optimeras kontinuerligt för att uppfylla sin kommersiella potential, och ett team under ledning av forskare från Kanazawa University har nu rapporterat en ny och enkel oblique electrostatic inkjet (OEI) metod för att avsätta en titanoxid (TiO) 2 ) kompakt lager på FTO-mönstersubstrat utan behov av en vakuummiljö som ett elektrontransportlager (ETL) för att förbättra effektiviteten hos PSC. Resultaten publiceras i Vetenskapliga rapporter .
PSC:erna består av en stapel av olika komponentlager som alla har en specifik roll. ETL, som ofta är sammansatt av TiO 2 , möjliggör transport av elektroner – som bär laddning – till elektroderna, samtidigt som det blockerar transporten av hål – som kan rekombineras med elektroner för att förhindra deras flöde. Etablering av en komplett TiO 2 lager med rätt tjocklek, som är enhetlig och fri från brister, är därför avgörande för att producera effektiva solceller.
Många av de många TiO 2 deponeringstekniker som rapporterats hittills har tillhörande begränsningar, såsom dålig täckning eller reproducerbarhet, eller vara olämplig för uppskalning. De kan också kräva utmanande förberedelseförhållanden som ett vakuum. Forskarna rapporterar en enkel, låg kostnad OEI-metod som ger ett kompakt lager utan att kräva vakuum.
"Vår teknik kan producera enhetliga elektrontransportlager vars tjocklek kan varieras genom att kontrollera avsättningstiden." Studie huvudförfattare biträdande professor Dr. Md. Shahiduzzaman förklarar. "Solceller tillverkade med vårt tillvägagångssätt hade effektkonverteringseffektivitet på upp till 13,19 %, som, med tanke på de andra fördelarna med vår teknik, är mycket lovande för uppskalning och kommersialisering."
(a) RS J-V-egenskaper hos PSC tillverkade med SC-TiO 2 CL, SP-TiO 2 CL, OEI- TiO 2 CL-60 sek, och OEI-TiO 2 CL-30+30 sek. (b) IPCE-spektra av PSC tillverkade med SC-TiO 2 CL, SP-TiO 2 CL, och OEI-TiO 2 CL-30+30 sek. Kredit:Kanazawa University
Tekniken bygger på avsättning av positivt laddade droppar som attraheras av en negativt laddad yta. Tidigare rapporter med samma elektrostatiska tillvägagångssätt uppnådde lägre effektomvandlingseffektivitet eftersom dropparna bildade en stapel på ytan som ett resultat av gravitationen. Införande av en sned vinkel i processen – sprutning av TiO 2 prekursor vid 45° mot ytan – eliminerade effekten av gravitationen, leder till avsättning av ett mer enhetligt skikt.
"En optimal ETL-deponeringsmetod måste erbjuda ett antal egenskaper för att resultera i en högeffektiv solcell, " Dr. Shahiduzzaman förklarar. "Förmågan att kontrollera skikttjockleken och uppnå en enhetlig, reproducerbart lager till låg kostnad, utan behov av vakuum, ger ett unikt paket av fördelar som inte har rapporterats hittills. Vi hoppas att dessa egenskaper kommer att leda till effektiv och kommersiellt relevant uppskalning som kommer att bidra till strävan mot renare energi över hela världen."
