Nauja tyrimo grupės sukurtas priedas, DL‑metionino metilsulfonio chloridas, leidžia kontroliuoti plačios juostos (WBG) perovskitų kristalizaciją ir sumažinti defektų skaičių, o tai iš esmės pagerina tiek efektyvumą, tiek stabilumą perovskitų‑organinių tandemų saulės elementuose. Ši pažanga svarbi, nes perovskitų‑organinių tandemų efektyvumo rodikliai pasiekė 26,0 % (kietas) ir 22,1 % (lankstus), o tai rodo didelį potencialą lanksčiai energijai.

Kodėl tandemai viršija vienų elementų ribas

Visi‑perovskitų tandemų saulės elementai „yra perspektyvi strategija, leidžianti pralaužti Shockley‑Queisser ribas, būdingas vienų elementų saulės elementams“, – teigia autoriai apžvalgoje. Tandemų struktūroje du skirtingų juostų (plačios ir siauros) elementai sujungti serijiniu ryšiu, todėl bendras įtampos potencialas išlieka tas pats, bet šviesos spektras išnaudojamas efektyviau.

Optinis suderinimas ir šviesos nuostoliai

„Tikslus optinis dviejų sub‑elementų suderinimas būtinas 2 T dizainuose, kad būtų užtikrintas subalansuotas srovės generavimas ir maksimalus bendras srovės išėjimas“, – primena apžvalgos autoriai. Jei šviesos srautas nesutampa, viena iš ląstelių riboja bendrą srovę. Be to, „parazitinė absorbcija sumažins J_sc ir PCE, nes mažiau fotonų pasieks aktyvią sluoksnį“, – įspėja tyrėjai. Todėl šviesos valdymas ir optinis dizainas lieka kritiškai svarbūs.

Medžiagų inžinerija: kristalizacijos reguliavimas

Stabilumo iššūkiai dažnai kyla dėl nevaldomų fazinių heterogenių ir defektų perovskitų kristalizacijos metu. Pridėjus DL‑metionino metilsulfonio chloridą, tyrėjai pastebėjo, kad „pridėtinis skatina branduolinį kinetiką ir gerina fazinį vienodumą“, o tai lemia mažiau defektų ir sumažintą ne­radiacinį rekombinaciją. Rezultatas – vienos jungties 1,83 eV WBG perovskitų elementai pasiekė 20,4 % PCE ir „žymiai pagerintą eksploatacinį stabilumą“. Ši patobulinta medžiaga taip pat leidžia pasiekti aukštą efektyvumą perovskitų‑organinių tandemuose.

Svarbiausi rezultatai:

Lankstūs perovskitai/organiniai tandemai – efektyvumo šuolis

Naudojant tą patį priedą, tyrėjai sukūrė kietus ir lankstus perovskitų‑organinius tandemus, kurių efektyvumo rodikliai siekia 26,0 % ir 22,1 % atitinkamai. Lankstūs elementai „turi didelį potencialą savarankiškų IoT įrenginių energijai, ypač žemo šviesos intensyvumo vidinėse sąlygose“, – teigia autoriai. Ši technologija leidžia gaminti ne tik tradicinius stacionarius saulės modulius, bet ir integruoti juos į nešiojamus, lankstus paviršius.

Ateities perspektyvos

Tolimesni tyrimai turės susitelkti į dar platesnio spektrinio aprėptimo išplėtimą – „naudojant NBG perovskitus išplečiama absorbcijos diapazonas iki 1050 nm, viršijant 850 nm ribą vienų elementų perovskitų“, – pažymi apžvalgos komanda. Jei šviesos valdymas ir medžiagų stabilumas bus toliau tobulinami, perovskitų‑organiniai tandemai gali tapti pagrindine technologija tiek stacionarioje, tiek lanksčioje energijos tiekimo srityje.

Pateikiama informacija yra aiškinamasis aprašas; ji neskirta teisinių, politinių ar investicinių sprendimų priėmimui.

Šaltiniai

  1. [1] [Nature.com | Sun, 04 Ja] Light management in monolithic all-perovskite tandem solar cells | Light: Science & Applications
  2. [2] [Nature.com | Sat, 03 Ja] Crystallization modulation for wide-bandgap perovskites with universal defect passivation toward efficient perovskite/organic tandem photovoltaics
  3. [3] [Nature.com | Mon, 01 Ju] Buried-interface homogenization by asymmetric polymeric self-assembled layers powers efficient, durable flexible perovskite photovoltaics
  4. [4] [X.com] This July was our 4th science anniversary, and the results have been fascinating! Bringing us previously unseen details