Το μπλοκάρισμα ηλεκτρονίων επιτρέπει τα ηλιακά κύτταρα με 18,5 τοις εκατό απόδοση

Γερμανοί και Ελβετοί επιστήμονες ανέπτυξαν από κοινού ένα ηλιακό κύτταρο περοβσκίτη χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδια άνθρακα που έχει απόδοση έως και 18,5 τοις εκατό και διατηρεί το 82 τοις εκατό μετά από 500 ώρες συνεχούς φωτός. Αν και η αποδοτικότητα αυτής της κυψέλης υστερεί πολύ σε σχέση με άλλες ηλιακές συσκευές περοβσκίτη, παράγεται χρησιμοποιώντας μια διαδικασία χαμηλής θερμοκρασίας καθ' όλη τη διάρκεια, καθιστώντας δυνατή την επίτευξη χαμηλού κόστους, μεγάλης κλίμακας παραγωγής, καθιστώντας αυτήν την προσέγγιση άξια περαιτέρω εξερεύνησης.

Σε μια πρόσφατα δημοσιευμένη εργασία, οι επιστήμονες με επικεφαλής το Ινστιτούτο Fraunhofer για Συστήματα Ηλιακής Ενέργειας είπαν: "Τα ηλεκτρόδια επαφής μετάλλων [που χρησιμοποιούνται συνήθως] επιταχύνουν την αποικοδόμηση των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη λόγω της διάχυσης μεταλλικών ακαθαρσιών στην επιφάνεια. Αντικαθιστώντας τις μεταλλικές επαφές με χημικά αδρανή, στιβαρά ηλεκτρόδια άνθρακα-γραφίτη σε ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη—δηλαδή ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη με βάση τον άνθρακα (C-PSCs)—μπορούν να λύσουν θεμελιωδώς αυτό το πρόβλημα. Έχει δυνατότητες χειρισμού περιβαλλοντικής πίεσης που βασίζονται σε βιομηχανικά ώριμη τεχνολογία εκτύπωσης, επομένως είναι πολλά υποσχόμενο για εμπορευματοποίηση».

Συνέχισαν εξηγώντας ότι ένα άλλο πρόβλημα παρουσιάστηκε στα κύτταρα C-PSC, με αποτέλεσμα απώλεια απόδοσης στη διεπαφή του ηλεκτροδίου άνθρακα με το στρώμα περοβσκίτη. Για να ξεπεραστεί αυτό το πρόβλημα, το Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, σε συνεργασία με επιστήμονες στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Λωζάνης (EPFL), ανέπτυξε ένα στρώμα φραγμού που μπορεί να τοποθετηθεί μεταξύ των δύο.

Τοποθέτησαν μια άλλη δομή περοβσκίτη στο ενεργό στρώμα της μπαταρίας και χρησιμοποίησαν διάφορες τεχνικές απεικόνισης για να προσδιορίσουν ότι αυτό το πρόσθετο στρώμα θα μπορούσε να σταματήσει την κίνηση των ηλεκτρονίων προς τη «λάθος» κατεύθυνση και να βελτιώσει την απόδοση της μπαταρίας.

Εξηγούν αυτήν την προσέγγιση στο "Using 2D Perovskites as Electron Blocking Layers in High Efficiency (18,5%) Perovskite Solar Cells Using Printable Low-Temperature Carbon Electrodes" που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Advanced Energy Materials. Όπως υποδηλώνει ο τίτλος, η ομάδα έφτιαξε ένα κύτταρο με υψηλή απόδοση 18,5 τοις εκατό και διατήρησε απόδοση 82 τοις εκατό μετά από 500 ώρες έκθεσης στο ηλιακό φως. Η συσκευή ελέγχου χωρίς το φράγμα πέτυχε αρχική απόδοση 15,7 τοις εκατό, αλλά έχασε το 63 τοις εκατό της απόδοσής της μετά από 200 ώρες φωτισμού.

«Πιστεύουμε ότι η χρήση των 2D περοβσκιτών ως στιβάδων αποκλεισμού ηλεκτρονίων (EBLs) μπορεί να βοηθήσει στο να ανοίξει ο δρόμος για τη μελλοντική αποτελεσματική και μακροπρόθεσμη σταθερή πρακτική ανάπτυξης πλήρως τυπωμένων C-PSC», κατέληξε η ομάδα.