...

Kropki kwantowe zwiększają wydajność i skalowalność ogniw perowskitowych

28 stycznia 2022
Kropki kwantowe zwiększają wydajność i skalowalność ogniw perowskitowych

Naukowcy z EPFL zwiększyli wydajność i skalowalność perowskitowych ogniw słonecznych, zastępując ich warstwy transportujące elektrony cienką warstwą kropek kwantowych.

Perowskity to związki hybrydowe wykonane z halogenków metali i składników organicznych. Wykazują one ogromny potencjał w wielu zastosowaniach, np. w światłach LED, laserach i fotodetektorach, ale ich główny wkład dotyczy ogniw słonecznych, gdzie mają szansę wyprzedzić rynek swoich krzemowych odpowiedników.
Jedną z przeszkód stojących przed komercjalizacją perowskitowych ogniw słonecznych jest to, że ich wydajność konwersji energii i stabilność operacyjna spadają wraz ze wzrostem skali, co sprawia, że utrzymanie wysokiej wydajności w kompletnym ogniwie słonecznym jest wyzwaniem.

Problem częściowo tkwi w warstwie transportującej elektrony w ogniwie, która zapewnia, że elektrony wytworzone podczas pochłaniania światła przez ogniwo będą skutecznie przenosić się na elektrodę urządzenia. W perowskitowych ogniwach słonecznych warstwa transportująca elektrony jest wykonana z mezoporowatego dwutlenku tytanu, który wykazuje niską ruchliwość elektronów, a także jest podatny na niekorzystne zjawiska fotokatalityczne w świetle ultrafioletowym.

W nowej publikacji w „Science” naukowcy pod kierunkiem prof. Michaela Grätzela z EPFL i dr Dong Suk Kim z Korea Institute of Energy Research odkryli innowacyjny sposób na zwiększenie wydajności i utrzymanie jej na wysokim poziomie w perowskitowych ogniwach słonecznych nawet na dużych powierzchniach. Nowatorskim pomysłem było zastąpienie warstwy transportującej elektrony cienką warstwą kropek kwantowych.

Kropki kwantowe to cząstki wielkości nanometrów, które działają jak półprzewodniki i po oświetleniu emitują światło o określonych długościach fal (kolorach). Ich wyjątkowe właściwości optyczne sprawiają, że kropki kwantowe są idealne do wykorzystania w różnych zastosowaniach optycznych, w tym w urządzeniach fotowoltaicznych.

Naukowcy zastąpili warstwę transportującą elektrony z dwutlenku tytanu w swoich ogniwach perowskitowych cienką warstwą kropek kwantowych tlenku cyny (IV) stabilizowanych kwasem poliakrylowym i odkryli, że zwiększa to zdolność urządzeń do przechwytywania światła, a jednocześnie tłumi niepromienistą rekombinację (zjawisko obniżające wydajność, które czasami przyjmuje granicę między warstwą transportu elektronów a rzeczywistą warstwą perowskitu).
Korzystając z warstwy kropek kwantowych, naukowcy odkryli, że perowskitowe ogniwa słoneczne o powierzchni 0,08 cm2 osiągnęły rekordową wydajność konwersji mocy 25,7% (certyfikat 25,4%) i wysoką stabilność operacyjną, co jednocześnie ułatwia skalowanie. Wskutek zwiększenia powierzchni ogniw słonecznych do 1, 20 i 64 cm2 wydajność konwersji mocy osiągnęła odpowiednio 23,3, 21,7 i 20,6%.

Współtwórcy:
Narodowy Instytut Nauki i Technologii Ulsa
Uniwersytet Ulsan
Uniwersytet Nauk Stosowanych w Zurychu
Uniwersytet w Uppsali

Źródło: Aktualności EPFL

Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika