Duurzaam, hoogwaardige perovskiet-zonnecellen vereisen ook duurzame, goed presterende ladingtransporterende lagen. Wetenschappers hebben de eerste organische gatentransporteur ontwikkeld die geen doteermiddel nodig heeft om een ​​hoge ladingsmobiliteit en stabiliteit te bereiken. Volgens de studie gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie , deze nieuwe gatentransporterende laag presteert beter dan referentiematerialen en beschermt de perovskiet-organische cel tegen luchtvochtigheid.

In perovskiet zonnecellen, de perovskiet-lichtabsorptielaag is ingeklemd tussen twee ladingstransporterende lagen, die de gegenereerde gaten en elektronen verzamelen en naar de elektroden transporteren. Deze ladingtransportlagen verhogen de energieconversie-efficiëntie van de cellen en zijn van cruciaal belang voor het handhaven van de luchtstabiliteit.

State-of-the-art gatentransporters bestaan ​​uit een organisch materiaal genaamd spiro-OMeTAD. Echter, om een ​​soepele mobiliteit van ladingdragers te bevorderen, ze hebben hygroscopische additieven nodig als doteermiddelen, die de stabiliteit van de perovskieten in vochtige lucht verminderen.

Yongzhen Wu en collega's van de East China University of Science and Technology onderzoeken plat, aromatisch, stikstofbevattende verbindingen die quinoxalines worden genoemd als gatentransporteurs. De wetenschappers maakten twee nieuwe quinoxalines die extra zwavelhoudende entiteiten bevatten, thiofenen genaamd. Het idee was dat de energieniveaus van de thiofeenbevattende structuren overeenkwamen met die van de perovskietlaag en een efficiënte extractie van gaten mogelijk maakten.

In een van de quinoxalines, de thiofenen konden min of meer vrij ronddraaien, terwijl in de andere, de thiofenen waren gefuseerd en konden niet roteren. Beide quinoxalines vormden dun, kristallijne films, die goede gatentrekkers waren, maar alleen die met de gefuseerde thiofeenringen vormden ook goed gestapelde kristallijne lagen.

De wetenschappers observeerden meer dan 21% energieconversie-efficiëntie voor perovskiet-zonnecellen die het nieuwe gatentransporterende materiaal bevatten. Deze cellen presteerden beter dan referentiecellen die het gedoteerde spiro-OMeTAD bevatten.

De auteurs ontdekten ook dat de apparaten gemaakt met het nieuwe materiaal duurzamer waren dan die met de gedoteerde referentiematerialen. De doteringsvrije apparaten "behielden binnen 30 dagen een donker en uniform glanzend uiterlijk, " schreven de wetenschappers, terwijl de gedoteerde spiro-OMeTAD-bevattende apparaten "blijkbaar zijn vervaagd".

De quinoxaline-bevattende perovskiet-zonnecellen waren ook bestand tegen vochtige lucht, terwijl de prestatie van de referentiecellen snel afnam. De onderzoekers concludeerden dat het nieuwe materiaal niet alleen het mogelijk maakt, gatenextractie en vervoer, maar het beschermt ook de op perovskiet gebaseerde zonnecel tegen vocht.