All-perovskite tandem solceller, solceller som består av staplade wide-bandgap (WBG) och narrow-bandgap (NBG) perovskiter, kan vara särskilt lovande energilösningar. Jämfört med andra befintliga solcellssystem kan dessa celler uppnå god energieffektivitet samtidigt som tillverkningskostnaderna sänks avsevärt.

Forskare vid University of North Carolina i Chapell Hill och University of Rochester har nyligen tagit fram en ny hetgasassisterad metod som kan förbättra tillverkningen av NBG-perovskitfilmer för tandemsolceller. Denna strategi kombineras med ett antioxidationsmaterial som lagts till i filmen, som båda introducerades i en artikel publicerad i Nature Energy , skulle kunna öka solcellernas bärarrekombinationslivslängd (dvs den tid det tar för överflödiga laddningsbärare att sönderfalla).

"All-perovskite tandem perovskite solceller lovar att minska kostnaderna för solcellssystem, på grund av deras potential att nå en mycket högre effektivitet än sina motsvarigheter med singelkorsning, samtidigt som de bibehåller processerna för tillverkning av lösning," Jinsong Huang, en av forskarna som utförde studien, berättade för TechXplore. "Jämfört med single junction perovskite-moduler kan tillämpningen av tandemstrukturer, som har mycket mindre fotoströmmar men högre fotospänning, också minska cell-till-modul effektivitetsminskningen och därmed möjliggöra realisering av högre moduleffektiviteter för monolitiskt sammankopplade moduler i en serie."

I tandemsolceller med helt perovskite avsätts både WBG- och NBG-perovskitskikten med en metod som kallas bladbeläggning. Bladbeläggning, även känd som knivbeläggning eller rakel, är en skalbar beläggningsteknik som innebär att man applicerar ett överskott av beläggningsmaterial på ett substrat och sedan tar bort en del med hjälp av ett blad, tills man når önskad beläggning.

Huang och hans kollegor utarbetade en ny bladbeläggningsstrategi som kan vara särskilt gynnsam för tillverkning av NBG-perovskitfilmer. I motsats till andra typiskt använda strategier, använder deras teknik en het gas.

"För att skapa våra NBG perovskite-filmer utvecklade vi en hetgasassisterad bladbeläggningsstrategi för att uppnå högkvalitativa, stora och tjocka filmer," sa Huang. "Den heta gasen påskyndade torkning av lösningsmedlen med hög kokpunkt för att stelna den som belagda våta filmen, vilket förhindrade att lösningen i mikroskala flödar. Dessutom infördes ett reduktionsmedel bensylhydrazinhydroklorid (BHC) för att förhindra Sn ²⁺ och jodidoxidation under filmavsättning och, ännu viktigare, för att motstå luftexponeringen under modultillverkning."

Genom att använda sin nya bladbeläggningsmetod kunde Huang och hans kollegor undertrycka ogynnsamma processer som inträffade under beläggningen av deras NBG-perovskitfilm. Den resulterande filmen användes sedan för att skapa tandemsolceller i helt perovskite med en anmärkningsvärd effektivitet på 21,6 %, med en 14,3 cm ² bländararea, vilket motsvarade en verkningsgrad för aktiv area på 23 %.

"Vår innovativa hetgasassisterade bladbeläggningsmetod möjliggör tillverkning med hög genomströmning av NBG-filmer med stor yta av hög kvalitet för tandemsolceller med helt perovskite," tillade Huang. "Å andra sidan är det utmanande att skala upp all-perovskite tandem solcellsmoduler på grund av nedbrytningen av den smala bandgapsubcellen under modulbearbetning i ett omgivande tillstånd. I detta arbete möjliggör reduktionsmedlet BHC modultillverkning i en omgivande miljö, vilket är ett kritiskt steg mot industrialisering."

I framtiden kan det senaste arbetet av detta team av forskare bidra till industrialiseringen och uppskalningen av effektiva tandemsolceller i helt perovskite som är mer överkomliga. Samtidigt planerar forskarna att använda sin metod för att utveckla effektivare och stabilare solcellsmoduler med större ytareor. + Utforska vidare

Fullständigt skalbara all-perovskite tandem solcellsmoduler

© 2022 Science X Network