Nieuw onderzoek zou kunnen leiden tot het ontwerp van nieuwe materialen om de prestaties van perovskiet-zonnecellen (PSC's) te helpen verbeteren.

Perovskiet-zonnecellen zijn een opkomende fotovoltaïsche technologie die een opmerkelijke stijging van de energieconversie-efficiëntie tot meer dan 20 procent heeft laten zien.

Echter, PSC-prestaties worden beïnvloed omdat het perovskietmateriaal iondefecten bevat die zich in de loop van een werkdag kunnen verplaatsen. Naarmate deze defecten bewegen, ze beïnvloeden de interne elektrische omgeving in de cel.

Het Perovskiet-materiaal is verantwoordelijk voor het absorberen van licht om elektronische lading te creëren, en ook om te helpen de lading naar een extern circuit te extraheren voordat het verloren gaat aan een proces dat 'recombinatie' wordt genoemd.

De meeste schadelijke recombinatie kan plaatsvinden op verschillende locaties in de zonnecel. In sommige ontwerpen komt het voornamelijk voor in de perovskiet, terwijl het in andere gebeurt aan de randen van de perovskiet waar het in contact komt met de aangrenzende materialen die bekend staan ​​​​als transportlagen.

Onderzoekers van de universiteiten van Portsmouth, Southampton en Bath hebben nu een manier ontwikkeld om de eigenschappen van de transportlagen aan te passen om de ionische defecten in de perovskiet zo te laten bewegen dat ze recombinatie onderdrukken en leiden tot efficiëntere ladingsextractie - waardoor het aandeel van de lichtenergie die valt toeneemt op het oppervlak van de cel die uiteindelijk kan worden gebruikt.

Dr. Jamie Foster van de Universiteit van Portsmouth, die bij het onderzoek betrokken was, zei:"Een zorgvuldig celontwerp kan de ionische defecten manipuleren om naar regio's te gaan waar ze de extractie van elektronische lading verbeteren, waardoor het bruikbare vermogen dat een cel kan leveren toeneemt."

De studie, gepubliceerd in Energie- en milieuwetenschappen , toonde aan dat de prestaties van PSC's sterk afhankelijk zijn van de permittiviteit (de maat voor het vermogen van een materiaal om een ​​elektrisch veld op te slaan) en de effectieve doteringsdichtheid van de transportlagen.

Dr. Foster zei:"Begrijpen hoe en welke transportlaageigenschappen de celprestaties beïnvloeden, is van vitaal belang voor het informeren van het ontwerp van celarchitecturen om het meeste vermogen te verkrijgen en degradatie te minimaliseren.

"We ontdekten dat ionenbeweging een belangrijke rol speelt in de prestaties van het stationaire apparaat, door de resulterende accumulatie van ionische lading en bandbuiging in smalle lagen naast de grensvlakken tussen de perovskiet en de transportlagen. De verdeling van de elektrische potentiaal is de sleutel bij het bepalen van het voorbijgaande en stationaire gedrag van een cel.

"Daarnaast we stellen voor dat de doteringsdichtheid en / of permittiviteiten van elke transportlaag kunnen worden afgestemd om verliezen als gevolg van grensvlakrecombinatie te verminderen. Zodra dit en de tariefbeperkende heffingsdrager zijn geïdentificeerd, ons werk biedt een systematisch hulpmiddel om de eigenschappen van de transportlaag af te stemmen om de prestaties te verbeteren."

De onderzoekers suggereren ook dat PSC's die zijn gemaakt met transportlagen met een lage permittiviteit en doping stabieler zijn, dan die met een hoge permittiviteit en doping. Dit komt omdat dergelijke cellen een verminderde accumulatie van ionenvacatures vertonen in de perovskietlagen, die in verband is gebracht met chemische afbraak aan de randen van de perovskietlaag.