Onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL), in samenwerking met hun tegenhangers in de Republiek Korea, hebben het potentieel gevalideerd van het gebruik van een combinatie van perovskiet en silicium om zonnecellen te maken die meer dan 30% efficiënt zijn.

Hun oorspronkelijke zonnecel behaalde een gecertificeerd rendement van 26,2%.

"Deze studie biedt een nieuwe algemene benadering met duidelijke technologische doorbraken en wetenschappelijke inzichten voor verdere vooruitgang van perovskiettechnologieën, " zei Kai Zhu, een corresponderende auteur van een nieuw gepubliceerd artikel in het tijdschrift Wetenschap dat schetst het werk. Zhu is senior wetenschapper in het Chemistry and Nanoscience Center bij NREL.

op zichzelf, de perovskietcomponent noteerde een efficiëntie van 20,7%, de hoogste gerapporteerd in de literatuur voor perovskieten met brede bandgap.

De wetenschappers merkten ook op dat versnelde tests aantoonden dat de perovskietcel "uitstekende stabiliteit op lange termijn" vertoonde door na 1 meer dan 80 procent van zijn aanvankelijke efficiëntie te behouden. 000 uur continue verlichting.

De term perovskiet verwijst naar een kristallijne structuur. Perovskiet-zonnecellen worden gemaakt door een combinatie van elementen en zijn naar voren gekomen als de snelst voortschrijdende zonnetechnologie.

Het onderzoek verschijnt in een nieuw gepubliceerd artikel in het tijdschrift Wetenschap , "Efficiënt, stabiele silicium tandemcellen mogelijk gemaakt door anion-engineered wide-bandgap perovskieten." Naast Zhu, het papier was co-auteur van Bryon Larson, Sean Dunfield, Chuanxiao Xiao, Jinhui Tong, Fei Zhang, en Joseph Berry, allemaal van NREL; en een groep wetenschappers onder leiding van Byungha Shin (Korea Advanced Institute of Science and Technology), Dong Hoe Kim (Sejong-universiteit), en Jin Young Kim (Seoul National University), uit de Republiek Korea.

Zhu, Dong Hoe Kim, en Shin bedachten het onderzoeksproject, die gedeeltelijk werd gefinancierd door het Department of Energy's Solar Energy Technologies Office. De onderzoekers zeiden dat de tandem-zonnecel de efficiëntie van 30% zou kunnen overtreffen als er extra werk is gedaan om de siliciumlaag te perfectioneren.

Het tandem-zonneapparaat is gemaakt van een bovenste perovskietcel en een onderste siliciumcel. Zowel de boven- als onderkant nemen afzonderlijke segmenten van het zonnespectrum op via een bandgap. Hoe groter de bandgap van de bovenste perovskietcel, hoe meer zonlicht het onderste siliciumapparaat kan absorberen. De bandgap voor silicium is vastgesteld op 1,1 elektron-volt (eV), maar de bandgap voor perovskieten kan chemisch worden aangepast, of "afgestemd". Het ideaal is ongeveer 1,7 eV, maar om dat te bereiken moet jodium worden vervangen door broom. Te veel broom, echter, kan de perovskiet onstabiel maken.

Onderzoekers in het veld hebben het gebruik van de zogenaamde tweedimensionale (2D) fase onderzocht, waarin vellen loodhalogenide octaëders gescheiden door lange-keten moleculen worden toegevoegd aan de perovskiet voor gebruik als passiveringsmiddel om chemische reactiviteit te verminderen. Het gebruik van passiveringslagen is effectief gebleken bij het verbeteren van de stabiliteit en prestaties van perovskieten.

Bij de engineering van de passiveringslaag, de wetenschappers van NREL en hun collega's in het buitenland concentreerden zich op het ontwerpen van de negatief geladen ionen - anionen genaamd - van de 2D-additieven, in plaats van de positief geladen ionen (kationen) waar anderen zich op hebben gericht. Door thiocyanaat te introduceren en te mengen met jodium, de onderzoekers waren in staat om de structuur en opto-elektronische eigenschappen van de perovskiet met brede bandgap (1,68 eV) en de apparaatprestaties te verbeteren. Door het gebruik van thiocyanaat konden de onderzoekers de stroomdichtheid van het apparaat verhogen, terwijl het jodium de spanning verbeterde.

Samenwerken met collega's van de Universiteit van Toronto, Xiao en Zhu ontwikkelden een perovskiet-silicium tandem met een gecertificeerde efficiëntie van 25,7% en een verwaarloosbare prestatievermindering na 400 uur. De bevindingen werden eerder deze maand gerapporteerd in Wetenschap .

Parallel onderzoek bij NREL richtte zich op een zeer stabiele perovskiet-silicium tandem. Ook eerder deze maand gemeld in Wetenschap , het apparaat is gemaakt met een combinatie van jodium, broom, en chloor. Het gecertificeerde rendement van het stabiele tandemapparaat was 25,8%.