Terwijl de behoefte aan hernieuwbare energie over de hele wereld exponentieel groeit, Litouwse en Duitse onderzoekers hebben een nieuwe oplossing bedacht voor de ontwikkeling van goedkope zonnetechnologie. Materiaal, gesynthetiseerd door Kaunas University of Technology (KTU) Litouwen wetenschappers, die zichzelf assembleren om een ​​moleculair dikke elektrodelaag te vormen, presenteert een gemakkelijke manier om zeer efficiënte perovskiet single-junction en tandem zonnecellen te realiseren. De licentie om het materiaal te produceren is gekocht door een Japans bedrijf.

Volgens wetenschappers, het bereiken van op perovskiet gebaseerde zonnecellen, combinatie van lage prijs en hoge efficiëntie, is in het verleden een moeilijke onderneming gebleken. De bijzondere uitdaging bij grootschalige productie is de hoge prijs en de beperkte veelzijdigheid van de beschikbare gatselectieve contacten. KTU-chemici hebben deze uitdaging aangepakt.

"Het zonne-element is verwant aan een sandwich, waarbij alle lagen een functie hebben, d.w.z. om de energie te absorberen, om de gaten van elektronen te scheiden, enz. We ontwikkelen materialen voor de gatselectieve contactlaag, die wordt gevormd door de moleculen van de materialen die zichzelf assembleren op het oppervlak van het substraat, " legt Artiom Magomedov uit, doctoraat student aan de KTU Faculteit Chemische Technologie, co-auteur van de uitvinding.

Ontwikkelde monolagen kunnen een perfect gatentransporterend materiaal worden genoemd, omdat ze goedkoop zijn, worden gevormd door een schaalbare techniek en hebben een zeer goed contact met perovskietmaterialen. De zelf-geassembleerde monolagen (SAM's) zijn zo dun als 1-2 nm, het hele oppervlak bedekken; moleculen worden op het oppervlak afgezet door het in een verdunde oplossing te dompelen. De moleculen zijn gebaseerd op carbazoolkopgroepen met fosfonzuurverankeringsgroepen en kunnen SAM's vormen op verschillende oxiden.

Volgens de wetenschappers het gebruik van de SAM's hielp het probleem van het ruwe oppervlak van de CIGS-cel te vermijden. Door een op SAM gebaseerde perovskiet-zonnecel te integreren in een tandemarchitectuur, een 23,26% efficiënte monolithische CIGSe/perovskiet tandem zonnecel gerealiseerd, wat momenteel een wereldrecord is voor deze technologie. Bovendien, een van de recent ontwikkelde SAM's die in de Si/perovskiet-tandemcel worden gebruikt, behaalde de bijna recordbrekende efficiëntie van 27,5%.

"Op perovskiet gebaseerde single-junction en tandem zonnecellen zijn de toekomst van zonne-energie, omdat ze goedkoper en potentieel veel efficiënter zijn. De efficiëntiegrenzen van de momenteel commercieel gebruikte zonne-elementen op basis van silicium zijn verzadigd. Bovendien, halfgeleiderkwaliteit siliciumbronnen worden schaars en het wordt steeds moeilijker om het element te extraheren, " zegt professor Vytautas Getautis, het hoofd van de KTU-onderzoeksgroep achter de uitvinding.

Volgens Magomedov, de hoeveelheid zonne-energie die het aardoppervlak in één uur bereikt, zou voldoende kunnen zijn om de jaarlijkse behoefte aan elektriciteit van de hele mensheid te dekken." Het potentieel van zonne-energie is immens, ’, zegt de jonge onderzoeker.

Met behulp van traditionele technologieën, 1 g silicium (Si) is voldoende om slechts een paar vierkante centimeter van het zonne-element te produceren; echter, 1 g van het bij KTU gesynthetiseerde materiaal is voldoende om tot 1000 m . te dekken ² van het oppervlak. In aanvulling, het zelfassemblerende organische materiaal dat bij KTU wordt gesynthetiseerd, is aanzienlijk goedkoper dan de alternatieven die momenteel in fotovoltaïsche elementen worden gebruikt.

Het team van KTU-chemici bestudeert al een paar jaar het gebruik van de zelfassemblerende moleculen in zonnecellen. Het materiaal, gesynthetiseerd bij KTU, werd toegepast bij de productie van een functionerende zonnecel in samenwerking met Helmholtz Zentrum Berlin (HZB), Duitsland en Natuurkundigen Centrum voor Exacte Wetenschappen en Technologie (Litouwen).

De licentie om het materiaal te produceren dat in KTU-laboratoria is gesynthetiseerd, werd gekocht door een Japans bedrijf; het materiaal genaamd 2PACz en MeO-2PACz zal binnenkort op de markt verschijnen. Dit betekent dat innovatieve technologie met behulp van zelfassemblerende verbindingen verder kan worden onderzocht in de beste laboratoria ter wereld en uiteindelijk zijn weg vindt naar de industrie.