Schematisk illustration av energinivåinriktningen mellan enhetskomponenterna med (a) FTO-AB och (b) FTO-BA som ETL. Kredit:Kanazawa University
Forskare har lagt olika mineralformer av titanoxid ovanpå varandra för att förbättra solcellseffektiviteten av perovskittyp med en sjättedel. Titanoxidskiktet kunde bättre transportera elektroner från cellens mitt till dess elektroder. Denna nya metod skulle kunna användas för att tillverka ännu effektivare solceller av perovskittyp i framtiden.
Medan de flesta solceller är gjorda av kisel, sådana celler är svåra att tillverka, kräver vakuumkammare och temperaturer över 1000 °C. Forskningsinsatser har därför nyligen fokuserat på en ny typ av solceller, baserad på metallhalogenidperovskiter. Perovskite-lösningar kan tryckas billigt för att skapa mer effektiva, billiga solceller.
I solceller kan perovskiter förvandla ljus till elektricitet - men de måste placeras mellan en negativ och positiv elektrod. En av dessa elektroder måste vara transparent, dock, för att låta solens ljus nå perovskiterna. Inte bara det, alla andra material som används för att hjälpa laddningar att strömma från perovskiterna till elektroden måste också vara transparenta. Forskare har tidigare funnit att tunna lager av titanoxid är både transparenta och kan transportera elektroner till elektroden.
Nu, ett Japan-baserat forskarlag centrerat vid Kanazawa University har genomfört en mer detaljerad studie av perovskitsolceller med hjälp av elektrontransportlager gjorda av anatas och brookit, som är olika mineralformer av titanoxid. De jämförde effekten av att använda antingen rent anatas eller brookit eller kombinationsskikt (anatas ovanpå brookit eller brookit ovanpå anatas). Teamets studie publicerades nyligen i ACS-tidskriften Nanobokstäver .
J-V-kurvor för PSC:er med FTO-A, FTO-B, FTO-AB, och FTO-BA som ETL. Infällda bilder:STEM-bild av brookite TiO2 NP, brookitdispersion och kristallografisk struktur av brookit TiO2 med markerad TiO6 polyhedral (blå och röda atomer representerar titan och syre, respektive). Kredit:Kanazawa University
Anatasskikten tillverkades genom att spruta lösningar på glas belagt med en transparent elektrod som värmdes till 450 °C. Under tiden, forskarna använde vattenlösliga brookitnanopartiklar för att skapa brookitskikten, eftersom vattenlösliga bläck är mer miljövänliga än konventionella bläck. Dessa nanopartiklar har gett dåliga resultat tidigare; dock, teamet förutspådde att kombinationsskikt skulle lösa de problem som man tidigare stött på när man använder nanopartiklarna.
"Genom att lägga brookit ovanpå anatas kunde vi förbättra solcellseffektiviteten med upp till 16,82 %, ", säger studiemedförfattaren Koji Tomita.
Dessa resultat öppnar upp ett nytt sätt att optimera perovskite solceller, nämligen via den kontrollerade staplingen och manipuleringen av de olika mineralformerna av titanoxid.
Tvärsnitts SEM-bild av PSC med en FTO-AB heterofasövergång ETL. Kredit:Kanazawa University
"Användning av olika mineralfaser och kombinationer av dessa faser möjliggör bättre kontroll av elektrontransporten ut ur perovskitskiktet och stoppar också laddningar från att rekombinera vid gränsen mellan perovskitmaterialet och elektrontransportskiktet, " säger första författare Md. Shahiduzzaman. "Tillsammans, båda dessa effekter tillåter oss att uppnå högre solcellseffektivitet."
Att förstå hur man skapar mer effektiva perovskite-solceller är viktigt för att utveckla en ny generation av utskrivbara, lågkostnadssolceller som skulle kunna ge prisvärd ren energi i framtiden.
