Een team van chemici van de Kaunas University of Technology (KTU), Litouwen samen met natuurkundigen van het wetenschapsinstituut Helmholtz Zentrum Berlin (HZB), Duitsland, biedt een nieuwe benadering voor selectieve laagvorming in perovskiet-zonnecellen. het molecuul, gesynthetiseerd door de KTU-chemici, assembleert zichzelf tot een monolaag, die een verscheidenheid aan oppervlakken kan bedekken en kan fungeren als een economisch gatentransporterend materiaal in een perovskiet-zonnecel.

Op perovskiet gebaseerde zonnecellen leiden tot nieuwe opkomende fotovoltaïsche, en al concurrerend met gevestigde zonnetechnologieën die worden gebruikt in zonnepanelen over de hele wereld. Een belangrijke stap in de richting van massaproductie van deze nieuwe generatie zonnecellen is de ontwikkeling van efficiënte selectieve contactlagen die compatibel zijn met de afzetting van perovskietlagen op verschillende substraten.

Spincoating en dampafzetting zijn de twee belangrijkste methoden die momenteel worden gebruikt voor de vorming van perovskietlagen in zonnecellen. Spin-coating omvat het druppelen van een vloeibare oplossing op draaiende oppervlakken; tijdens het proces, een groot deel van het materiaal gaat verloren. Dampafzetting vereist hoge temperaturen en complexe vacuümtechnologieën, en niet alle moleculen zijn geschikt om te verdampen.

KTU-chemici hebben een molecuul gesynthetiseerd dat zichzelf assembleert tot een monolaag, en die elk oxide-oppervlak gelijkmatig kan bedekken, inclusief getextureerde oppervlakken van de siliciumzonnecellen die worden gebruikt in tandemarchitecturen.

"Het is geen polymeer, maar kleinere moleculen, en de daaruit gevormde monolaag is erg dun. Dit, en het feit dat de monolaag wordt gevormd door het oppervlak in de oplossing te dompelen, maakt deze methode veel goedkoper dan de bestaande alternatieven. Ook, de synthese van onze verbinding is een veel korter proces dan dat van het polymeer dat gewoonlijk wordt gebruikt bij de productie van perovskietzonnecellen, " zegt Ernestas Kasparavičius, doctoraat student aan KTU Faculteit Chemische Technologie.

Het gesynthetiseerde materiaal moest worden getest. Het team van natuurkundigen van de HZB in Berlijn, Duitsland onder leiding van Dr. Steve Albrecht, in samenwerking met KTU-promovendus Artiom Magomedov gebruikte dit nieuwe materiaal met succes als een gatentransporterende laag in perovskietzonnecellen.

"In ons laboratorium in Kaunas hebben we het gebruik van de zelforganiserende moleculen bestudeerd om de elektrodelaag zo dun als 1-2 nm te vormen, gelijkmatig over het hele oppervlak. Tijdens mijn stage in Berlijn was ik in staat om ons materiaal toe te passen en een eerste functionerend zonne-element te produceren met slechts een monolaag dik selectief contact, " zegt Magomedov, een onderzoeker aan de KTU Faculteit Chemische Technologie.

Deze zelfassemblerende monolaagtechniek zorgt voor een extreem laag materiaalverbruik en een hoog rendement - de energieconversie-efficiëntie van het element was bijna 18 procent, wat uitzonderlijk hoog is voor een nieuwe technologie. Ook, wanneer de zelfassemblerende monolaag wordt gebruikt als gatentransporterende laag in perovskietcellen, er zijn geen toevoegingen nodig om de prestaties te verbeteren. Dit kan de levensduur van de elementen aanzienlijk verbeteren. Na het eerste succes, wetenschappers van KTU synthetiseren nieuwe materialen voor monolaagvorming. De eerste tests van de geoptimaliseerde materialen bij HZB leidden tot cellen met een efficiëntie van meer dan 21 procent.