All-perovskiet tandem zonnecellen, zonnecellen bestaande uit gestapelde wide-bandgap (WBG) en narrow-bandgap (NBG) perovskieten, zouden bijzonder veelbelovende energieoplossingen kunnen zijn. Vergeleken met andere bestaande fotovoltaïsche systemen kunnen deze cellen een goede energie-efficiëntie bereiken en tegelijkertijd de fabricagekosten aanzienlijk verlagen.

Onderzoekers van de University of North Carolina in Chapell Hill en de University of Rochester hebben onlangs een nieuwe, door heet gas ondersteunde methode ontwikkeld die de fabricage van NBG-perovskietfilms voor tandemzonnecellen zou kunnen verbeteren. Deze strategie gecombineerd met een anti-oxidatiemateriaal toegevoegd aan de film, die beide werden geïntroduceerd in een paper gepubliceerd in Nature Energy , zou de recombinatielevensduur van de zonnecellen kunnen verlengen (d.w.z. de tijd die nodig is om overtollige ladingsdragers te laten vervallen).

"All-perovskiet tandem perovskiet zonnecellen zijn veelbelovend om de kosten van fotovoltaïsche systemen te verlagen, vanwege hun potentieel om een ​​veel hogere efficiëntie te bereiken dan hun single-junction tegenhangers, terwijl de fabricageprocessen voor oplossingen behouden blijven," Jinsong Huang, een van de onderzoekers die de studie uitvoerde, vertelde TechXplore. "Vergeleken met enkelvoudige perovskietmodules kan de toepassing van tandemstructuren, die veel kleinere fotostromen maar een hogere fotospanning hebben, ook de efficiëntievermindering van cel naar module verminderen, en zo de realisatie van hogere module-efficiënties mogelijk maken voor monolithisch onderling verbonden modules in een reeks."

In tandem-zonnecellen met volledig perovskiet worden zowel de WBG- als de NBG-perovskietlagen afgezet met behulp van een methode die bladcoating wordt genoemd. Mescoating, ook wel mescoating of rakelcoating genoemd, is een schaalbare coatingtechniek waarbij een overmaat coatingmateriaal op een substraat wordt aangebracht en vervolgens met een mes wordt verwijderd totdat de gewenste coating is bereikt.

Huang en zijn collega's bedachten een nieuwe bladcoatingstrategie die bijzonder gunstig zou kunnen zijn voor de fabricage van NBG-perovskietfilms. In tegenstelling tot andere typisch gebruikte strategieën, maakt hun techniek gebruik van een heet gas.

"Om onze NBG-perovskietfilms te maken, hebben we een door heet gas ondersteunde bladcoatingstrategie ontwikkeld om hoogwaardige, grote en dikke films te bereiken," zei Huang. "Het hete gas versnelde het drogen van de oplosmiddelen met een hoog kookpunt om de als gecoate natte film te laten stollen, waardoor de microschaaloplossing werd voorkomen. Bovendien werd een reductiemiddel benzylhydrazinehydrochloride (BHC) geïntroduceerd om Sn ^{2+ en jodide-oxidatie tijdens filmafzetting en, nog belangrijker, om de blootstelling aan lucht tijdens de fabricage van de module te weerstaan."}

Met behulp van hun nieuwe mescoatingmethode waren Huang en zijn collega's in staat om ongunstige processen die optreden tijdens het coaten van hun NBG-perovskietfilm te onderdrukken. De resulterende film werd vervolgens gebruikt om volledig perovskiet tandem zonnecellen te maken met een opmerkelijke efficiëntie van 21,6%, met een 14,3 cm ² diafragmagebied, wat overeenkomt met een actief gebiedsrendement van 23%.

"Onze innovatieve, door heet gas geassisteerde bladcoatingmethode maakt de fabricage met hoge doorvoer mogelijk van NBG-films met een groot oppervlak van hoge kwaliteit voor tandemzonnecellen met volledig perovskiet," voegde Huang eraan toe. "Aan de andere kant is het opschalen van all-perovskiet tandem-zonnemodules een uitdaging vanwege de degradatie van de subcel met smalle bandafstand tijdens moduleverwerking in een omgevingsconditie. In dit werk maakt het reductiemiddel BHC modulefabricage in een omgevingsomgeving mogelijk, dat is een cruciale stap in de richting van industrialisatie."

In de toekomst kan het recente werk van dit team van onderzoekers bijdragen aan de industrialisatie en opschaling van efficiënte all-perovskiet tandemzonnecellen die betaalbaarder zijn. Ondertussen zijn de onderzoekers van plan om met hun methode efficiëntere en stabielere zonnepanelen met grotere oppervlakten te ontwikkelen. + Verder verkennen

Volledig schaalbare all-perovskiet tandem zonnemodules

© 2022 Science X Network