De nieuwe technologie heeft een stroomconversie-efficiëntie van ongeveer 12% wanneer ze worden verlicht door met fluor gedoteerde tinoxide-onderelektroden of de grafeen-bovenelektroden, vergeleken met 7% van de conventionele semitransparante zonnecellen.

Het ontwikkelen van transparante of semitransparante zonnecellen met een hoog rendement en lage kosten ter vervanging van de bestaande ondoorzichtige en dure op silicium gebaseerde zonnepanelen is steeds belangrijker geworden vanwege de toenemende eisen van de in gebouwen geïntegreerde fotovoltaïsche systemen (BIPV's). Het Department of Applied Physics van de Hong Kong Polytechnic University (PolyU) heeft met succes efficiënte en goedkope semi-transparante perovskiet-zonnecellen met grafeenelektroden ontwikkeld. De stroomconversie-efficiëntie (PCE's) van deze nieuwe uitvinding is ongeveer 12% wanneer ze worden verlicht door met fluor gedoteerde tinoxide-onderelektroden (FTO) of de grafeen-bovenelektroden, vergeleken met 7% van de conventionele semitransparante zonnecellen. De potentiële lage kosten van minder dan HK $ 0,5/Watt, meer dan 50% reductie in vergelijking met de bestaande kosten van siliciumzonnecellen, zal ervoor zorgen dat het in de toekomst op grote schaal kan worden gebruikt.

Zonne-energie is een belangrijke bron van duurzame energie, waarin zonnecel zal worden gebruikt om lichtenergie direct om te zetten in elektriciteit door fotovoltaïsch effect. Het zonnepaneel van kristallijn silicium van de eerste generatie is zeer stabiel met efficiënte energieconversie, maar ondoorzichtig en duur. De tweede generatie zonnecel, namelijk dunne film zonnecel, is licht van gewicht en flexibel te maken. Echter, ze zijn gemaakt van zeldzame materialen met een gecompliceerde structuur en hebben een hoge temperatuurbehandeling nodig. Met de onderzoeksdoelstellingen om zonnepanelen met hoge PCE's te produceren, gemakkelijke fabricage, en lage kosten, in recente jaren, wetenschappers hebben onderzoek gedaan naar zonnecellen van de derde generatie. Perovskiet-zonnecel als een nieuwe derde generatie zonnecel heeft de laatste tijd veel aandacht getrokken vanwege de hoge energieconversie-efficiëntie, handig fabricageproces en mogelijk lage kosten.

Met als doel de PCE's te verbeteren en de kosten van semitransparante zonnepanelen te verlagen, PolyU-onderzoeker heeft de allereerste semitransparante perovskiet-zonnecellen ontwikkeld met grafeen als elektrode. Grafeen is een ideale kandidaat voor transparante elektroden in zonnecellen met een hoge transparantie, goede geleidbaarheid en mogelijk lage kosten. Door de semitransparante eigenschap van de zonnecel kan het licht van beide kanten absorberen, en kan wijd in vensters worden gebruikt, gevels, lamellen en daken van gebouwen voor het omzetten van zonne-energie in elektriciteit, waardoor het oppervlak voor het opvangen van zonne-energie aanzienlijk wordt vergroot.

Terwijl grafeen als geavanceerd materiaal meer dan 10 jaar geleden werd uitgevonden, PolyU innoveerde eenvoudige verwerkingstechnieken om de geleidbaarheid van grafeen te verbeteren om te voldoen aan de eisen van zijn toepassingen in zonnecellen. Ten eerste, de geleidbaarheid van grafeen werd drastisch verbeterd door een dunne laag geleidend polymeer poly-(3, 4-ethyleendioxythiofeen):poly(styreensulfonaat) (PEDOT:PSS), die tijdens het lamineringsproces ook werd gebruikt als hechtlaag op de perovskiet-actieve laag. Ten tweede, om de efficiëntie van de stroomconversie verder te verbeteren, PolyU-onderzoeker ontdekte dat door de zonnecel te fabriceren met meerlagig chemisch dampafzettingsgrafeen als bovenste transparante elektroden, de laagweerstand van de elektrode zou verder kunnen worden verminderd terwijl de hoge transparantie van de elektroden behouden blijft. als laatste, de prestaties van deze nieuwe uitvinding worden verder geoptimaliseerd door het contact tussen de bovenste grafeenelektroden en de gatentransportlaag (spiro-OMeTAD) op de perovskietfilms te verbeteren.

Vanwege de uitstekende mechanische flexibiliteit van grafeen en de gemakkelijke voorbereiding van de apparaten, De uitvinding van PolyU kan worden gebruikt voor de massaproductie van de semitransparante perovskiet-zonnecellen met print- of roll-to-roll-proces. De semitransparante zonnecellen zullen het gat in de markt opvullen dat niet haalbaar is door de bestaande zonnecellen die de markt domineren.

Onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Geavanceerde materialen , een toonaangevend tijdschrift in materiaalkunde.