Ten perowskit osiąga wysoką sprawność przy słabym oświetleniu

Naukowcy z Tajlandii opracowali perowskitowe ogniwo słoneczne przeznaczone do pracy w słabym oświetleniu. Wysoką wydajność ogniwa osiągnęli m.in. dzięki zastosowaniu procesu próżniowego wyżarzania termicznego (VTA).

Grupa badaczy z Uniwersytetu Mahidol w Tajlandii opracowała perowskitowe ogniwo słoneczne o powierzchni 0,04 cm2 przeznaczone do zastosowań w słabych warunkach oświetlenia. Badania wydajności ogniwa potwierdziły jego sprawność na poziomie 32 proc. Zdaniem naukowców tak dobry rezultat udało się osiągnąć m.in. dzięki zastosowaniu próżniowego wyżarzania termicznego (z ang. vacuum thermal annealing, VTA).

Materiał jest zbudowany z kilku warstw, lecz najważniejszą z nich jest potrójny kationowy materiał perowskitowy z odpowiednią zawartością bromku i chlorku, o skomplikowanym zapisie chemicznym (FA0.45MA0.49Cs0.06Pb(I0.62 Br0.32Cl0.06 )3). Idąc od dołu, na cienkiej warstwie szkła zbudowano podłoże z tlenku cyny domieszkowanego fluorem (FTO), warstwę transportującą elektrony na bazie tlenku cyny (SnO2), na której została ułożona warstwa wspomnianego perowskitu. Perowskit został następnie przykryty warstwą transportującą dziury (HTL) ze Spiro-OMeTAD, górną elektrodą węglową i kolejną warstwą FTO.

REKLAMA

Próżniowe wyżarzanie termiczne

Jak twierdzą badacze jedną z przyczyn, dla której uzyskali bardzo dobrą sprawność opracowanego ogniwa perowskitowego było wykorzystanie procesu próżniowego wyżarzania termicznego (VTA). Polega on na podgrzewaniu perowskitu w próżni i kontrolowanym schładzaniu, co prowadzi do uzyskania pożądanych właściwości materiału.

VTA pomaga poprawić jakość krystaliczną półproduktu, w lepszy sposób kontrolować powstawanie defektów w sieci mikrokrystalicznej, co przekłada się na większą wydajność i stabilność ogniwa słonecznego. Jak twierdzą naukowcy z Tajlandii, w tym konkretnym przypadku VTA pozwoliło im uzyskać zwartą, gęstą, twardą oraz mniej porowatą powierzchnię perowskitu, która w połączeniu z pozostałymi budulcami ogniwa pozwoliła stworzyć urządzenie o tak dużej sprawności.

REKLAMA

Ostatnie wyniki badań przy świetle o natężeniu 1000 luksów wykazały średnią sprawność konwersji mocy (z ang. power conversion efficiency, PCE) na poziomie 27,7 ± 2,7 proc. ze szczytowym (maksymalnym) PCE na poziomie 32 proc. Średnie napięcie w obwodzie otwartym (Voc) wyniosło 0,93 ± 0,02 V ze szczytową (maksymalną) wartością 0,96 V.

Na dodatek porównano wydajność ogniwa opracowanego przy wykorzystaniu VTA z próbką, do przygotowania której nie zastosowano próżniowego wyżarzania termicznego. Urządzenie wzorcowe bez obróbki VTA osiągnęło wówczas sprawność 25,5 proc., napięcie w obwodzie otwartym 0,91 V i prąd zwarciowy przy szczytowej sprawności sięgającej 30,7 proc.