Повністю надрукований перовскітний сонячний елемент з вуглецевим електродом досягає 19,2% ефективності

Німецькі вчені виготовили перовскітний сонячний елемент з вугільним електродом і бішаром з органічних напівпровідників замість традиційного діркового транспортного шару. Вони стверджують, що такий підхід покращує коефіцієнт заповнення пристрою та напругу холостого ходу.

Дослідники з Німеччини прагнули покращити продуктивність перовскітних сонячних елементів з вугільним електродом за допомогою бішару з органічних напівпровідників замість традиційного діркового транспортного шару (HTL), який, за їхніми словами, здатен підвищити коефіцієнт заповнення та напругу холостого ходу.

Вони пояснили, що заміна дорогих золота, срібла та міді на вуглець у перовскітних сонячних елементах зазвичай призводить до втрати ефективності та проблем зі стабільністю порівняно з еталонними пристроями. “Що стосується друкованих елементів, ми прагнемо в кінцевому підсумку перенести цю технологію на рулонну виробничу лінію”, – сказав Тіан Ду, відповідний співавтор, в інтерв’ю журналу pv, зазначивши, що наступними кроками на шляху до комерціалізації є виготовлення міні-сонячних модулів на скляних підкладках, потім міні-сонячних модулів на гнучких підкладках, а потім перехід до рулонного виробництва.

Німецька команда створила елемент з підкладкою зі скла та оксиду індію-олова (ITO), шаром транспорту електронів (ETL) на основі оксиду олова (IV) (SnO2), поглиначем з перовскіту, бішаром для транспортування дірок (HTbl) та вуглецевим контактом. “Конфігурація HTbl формує енергетичний каскад на межі розділу, де зовнішній HTL 2 посилює омічний контакт з вуглецем, тоді як внутрішній HTL 1 зменшує поверхневу
рекомбінацію перовскіту”, – пояснили вони.

Для поглинача вони використовували суміш катіонів перовскіту, відому як (FAPbI3)0,93 (MAPbBr 3)0,07. Вони нанесли два шари послідовно на лезо, що, за їхніми словами, може максимізувати інжекцію/екстракцію дірок на межі розділу електродів, одночасно мінімізуючи поверхневу рекомбінацію шарів перовскіту.

Вони протестували пристрій за стандартних умов освітлення і виявили, що він досягає ефективності перетворення енергії 19,2%, напруги холостого ходу 1,11 В, струму короткого замикання 23,7 А і коефіцієнта заповнення 76%. Для порівняння, еталонний елемент з одним дірковим транспортним шаром досяг ефективності 17,3%, напруги холостого ходу 1,06 В, струму короткого замикання 23,3 А і коефіцієнта заповнення 76%.

Елемент на основі бішару також показав стабільну роботу протягом 2 500 годин при 65 C в азотному середовищі.

Розробка описана в дослідженні “Ефективні, стабільні та повністю надруковані перовскітні сонячні елементи з вуглецевим електродом, забезпечені дірковими бішарами, що транспортують дірки”, опублікованому в журналі “Joule”. Дослідницька група складається з науковців Інституту матеріалів для електроніки та енергетичних технологій (i-MEET) та Інституту мікро- та наноструктурних досліджень і Центру наноаналізу та електронної мікроскопії (CENEM).

“Наші результати підкреслюють, що вуглецеві електроди можуть значно підвищити внутрішню стабільність перовскітних сонячних елементів без спеціальних міжфазних модифікацій”, – підсумували вони.