Para peneliti mengatakan mereka telah memecahkan tantangan fabrikasi utama untuk sel perovskit - penantang potensial yang menarik untuk sel surya berbasis silikon.
Struktur-struktur kristal ini menunjukkan harapan besar karena mereka dapat menyerap hampir semua panjang gelombang cahaya. Sel surya perovskit sudah dikomersilkan dalam skala kecil, tetapi perbaikan besar-besaran baru-baru ini dalam efisiensi konversi daya (PCE) mereka mendorong minat untuk menggunakannya sebagai alternatif biaya rendah untuk panel surya.
Di kertas di Nanoscale, tim peneliti mengungkapkan cara terukur baru menerapkan komponen penting untuk sel perovskit untuk memecahkan beberapa tantangan fabrikasi utama. Para peneliti menerapkan lapisan transport elektron kritis (ETL) dalam sel fotovoltaik perovskit dengan cara baru — pelapisan semprot — untuk mengilhami ETL dengan konduktivitas superior dan antarmuka yang kuat dengan tetangganya, lapisan perovskit.
Kebanyakan sel surya adalah "sandwich" dari bahan yang berlapis sedemikian rupa sehingga ketika cahaya menyentuh permukaan sel, itu menggairahkan elektron dalam bahan bermuatan negatif dan membentuk arus listrik dengan menggerakkan elektron ke arah lattic dari "lubang" bermuatan positif. sel surya perovskit dengan orientasi planar sederhana yang disebut pin (atau nip ketika terbalik), perovskit merupakan lapisan intrinsik yang menjebak cahaya ("i" di pin) antara ETL bermuatan negatif dan lapisan transport lubang bermuatan positif (HTL).
Ketika lapisan bermuatan positif dan negatif dipisahkan, arsitektur berperilaku seperti permainan subatomik Pachinko di mana foton dari sumber cahaya melepaskan elektron yang tidak stabil dari ETL, menyebabkan mereka jatuh ke sisi positif HTL dari sandwich. Lapisan perovskit mempercepat aliran ini.
Sementara perovskit membuat lapisan intrinsik yang ideal karena afinitasnya yang kuat baik untuk lubang dan elektron dan waktu reaksi yang cepat, fabrikasi skala komersial terbukti menantang sebagian karena sulit untuk secara efektif menerapkan lapisan ETL yang seragam di atas permukaan kristal perovskit.
Para peneliti memilih senyawa [6,6] -phenyl-C (61) -butyric acid methyl ester (PCBM) karena rekam jejaknya sebagai material ETL dan karena PCBM yang diaplikasikan pada lapisan kasar menawarkan kemungkinan peningkatan konduktivitas, kurang dapat ditembus kontak antarmuka, dan perangkap cahaya yang ditingkatkan.
"Sangat sedikit penelitian yang telah dilakukan pada opsi ETL untuk desain pin planar," kata André D. Taylor, seorang profesor di Tandon School of Engineering di New York University. “Tantangan utama dalam sel planar adalah, bagaimana Anda benar-benar mengumpulkannya dengan cara yang tidak menghancurkan lapisan yang berdekatan?”
Metode yang paling umum adalah spin casting, yang melibatkan pemintalan sel dan memungkinkan gaya sentripetal untuk membubarkan cairan ETL di atas substrat perovskit. Tapi teknik ini terbatas pada permukaan kecil dan menghasilkan lapisan yang tidak konsisten yang menurunkan kinerja sel surya. Spin casting juga tidak dapat ditiru untuk produksi panel surya besar secara komersial dengan metode seperti pembuatan roll-to-roll, di mana arsitektur perovskite pinus planar fleksibel juga cocok.
Para peneliti malah beralih ke pelapisan semprot, yang menerapkan ETL secara merata di seluruh area yang luas dan cocok untuk pembuatan panel surya besar. Mereka melaporkan perolehan efisiensi 30 persen di atas ETL lainnya — dari PCE 13 persen hingga lebih dari 17 persen — dan lebih sedikit cacat.
“Pendekatan kami ringkas, sangat dapat direproduksi, dan dapat diukur. Ini menunjukkan bahwa pelapisan semprot ETL PCBM bisa memiliki daya tarik yang luas terhadap peningkatan baseline efisiensi sel surya perovskit dan menyediakan platform ideal untuk memecahkan rekor pin sel surya perovskit dalam waktu dekat, ”tambah Taylor.
Penulis tambahan berasal dari Universitas Sains Elektronik dan Teknologi Cina, Universitas Peking, Universitas Yale, dan Universitas Johns Hopkins.
Yayasan Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional China (NSFC), Yayasan untuk Kelompok Riset Inovasi NSFC, Dewan Beasiswa Cina, dan Yayasan Sains Nasional AS menyediakan dana untuk penelitian ini.
Sumber: New York University
Buku terkait:
at Pasar InnerSelf dan Amazon
