Ohittavatko perovskiitit piin aurinkokennoissa

Organometallisia perovskiittisia absorbointikerroksia pidetään erityisen kiinnostavina uudeksi materiaaliluokaksi aurinkokennoihin.

Nyt ryhmä, jota johtavat Dieter Neher Potsdamin yliopistossa ja Thomas Unold HZB:ltä, on onnistunut määrittämään tehokkuutta ratkaisevasti rajoittavat hävikkiprosessit perovskiittisissä aurinkokennoissa.

Perovskiittikennojen kidehilan tietyissä vikakohdissa auringonvalossa juuri vapautuneet varauskantajat eli elektronit ja aukot voivat yhdistyä uudelleen ja siten kadota. Mutta ovatko vikakohdat perovskiittikerroksessa vai sen ja kuljetuskerroksen välisessä rajapinnassa.

Tämän selvittämiseksi tutkijat käyttivät fotoluminesenssitekniikoita, joilla pystyttiin määrittämään jopa tarkka emittoituneiden fotonien määrä.

"Mittaustekniikoilla pystyimme laskemaan häviöt kennon jokaisessa kohdassa ja siten määrittelemään, että kaikkein haitallisimmat viat sijaitsevat perovskiittisen absorbointikerroksen ja varauksen siirtokerrosten välisillä rajapinnoilla", Unold raportoi.

Tämä on tärkeä informaatio perovskiittisten aurinkokennojen edelleen parantamiseksi esimerkiksi parempien välikerrosten tai modifioitujen valmistusmenetelmien avulla.

Näiden havaintojen avulla ryhmä on onnistunut vähentämään rajapinnan rekombinaatiota ja siten lisäämään perovskiittisen kokeilukennonsa tehokkuutta yli 20 prosenttiin.

University of Washingtonin tutkijat kertovat puolestaan, että heidän kehittämässä puolijohteisessa ohutkerroksessa ilmenee jopa parempi valon emittointi kuin nykypäivän parhaissa aurinkokennomateriaaleissa.

Se miten hyvin aurinkokennomateriaalit emittoivat valoa kertoo myös miten tehokkaasti ne absorboivat valoa.

Tutkijat saavuttivat ennätysmäisen emitoinnin suorituskyvyn lyijyhalidi-perovskiitillä, käsittelemällä sitä pintapassivoinnilla, joka korjaa epätäydellisyyksiä ja vähentää todennäköisyyttä, että absorboituneet fotonit päätyvät hukkaan eivätkä muunnu hyödylliseksi energiaksi.

Tutkijat käyttivät perovskiitin pinnan passivointiin orgaanista yhdistettä, joka tunnetaan sen lyhenteellä TOPO. Se paransi perovskiitin suorituskykyä tasolle, joka lähestyi parhaita gallium-arseenipuolijohteita.

Nämä materiaalilaadun parannukset ennustavat teoreettisesti, että valo-sähkötehon muuntamisen tehokkuus saavuttaa 27,9 prosenttia tavanomaisen auringonvalon tasolla, mikä puskisi perovskiittipohjaisen aurinkokennon ennätyksen ohi parhaiden piikennojen.