Viac elektriny zo slnka

Povlak solárnych článkov so špeciálnymi organickými molekulami by mohol otvoriť cestu pre novú generáciu solárnych panelov. Ako uvádza výskumný tím v časopise Angewandte Chemie, tento povlak môže zvýšiť účinnosť monolitických tandemových článkov vyrobených z kremíka a perovskitu, a zároveň znížiť ich náklady – pretože sú vyrábané z priemyselných, mikroštruktúrovaných, štandardných kremíkových doštičiek.

Tandemové články boli vyvinuté na lepšie využitie celého spektra slnečného svetla a zvýšenie účinnosti solárnych článkov.

Tandemové články sa skladajú z dvoch rôznych polovodičov, ktoré absorbujú rôzne vlnové dĺžky svetla.

Primárnymi kandidátmi na použitie v tejto technológii sú kombinácie kremíka, ktorý absorbuje prevažne červené a blízko-infračervené svetlo, a perovskitu, ktorý veľmi efektívne využíva viditeľné svetlo.

Monolitické tandemové články sa vyrábajú nanesením dvoch typov polovodiča na podporu, jeden na druhý.

Pre systém perovskit/kremík sa to zvyčajne dosahuje použitím kremíkových doštičiek vyrobených procesom zonálneho topenia s lešteným alebo nanoštruktúrovaným povrchom.

Tieto doštičky sú však veľmi drahé. Kremíkové doštičky vyrobené procesom Czochralského s mikro-metrove pyramídovými štruktúrnymi prvkami na povrchu sú výrazne lacnejšie.

Tieto mikroštruktúry vedú k lepšiemu zachytávaniu svetla, pretože sú menej odrazivé než hladký povrch.

Avšak proces nanášania perovskitu na tieto doštičky vedie k mnohým defektom v kryštálovej mriežke, ktoré ovplyvňujú elektronické vlastnosti.

Prenos uvoľnených elektronov je sťažený a rekombinácia elektronov a dier sa častejšie vyskytuje prostredníctvom procesov, ktoré nevydávajú svetlo.

Tým sa znižuje účinnosť aj stabilita vrstvy perovskitu.

Pod vedením prof. Kai Yao z čínskej univerzity Nanchang, Suzhou Maxwell Technologies, výskumného ústavu CNPC Tubular Goods (Shaanxi), Hongkonskej polytechnickej univerzity, Wuhan University of Technology a Fudan University (Šanghaj) bola teraz vyvinutá stratégia povrchovej pasivácie, ktorá umožňuje vyhladiť povrchové defekty vrstvy perovskitu.

Používa sa zlúčenina thiophenethylammonium s trifluórmetylovou skupinou (CF3-TEA), ktorá sa aplikuje dynamickým sprejovacím procesom.

Tento proces vytvára veľmi rovnomerný povlak – aj na mikroštruktúrovaných povrchoch.

Vďaka svojej vysokej polarite a viazacej energii povlak CF3-TEA veľmi efektívne oslabuje účinky povrchových defektov. Nonradiatívna rekombinácia je potlačená a elektronové úrovne sú prispôsobené tak, aby sa elektróny na rozhraní mohli ľahšie prenášať do vrstvy, ktorá zachytáva elektróny v solárnom článku. Povrchová úprava pomocou CF3-TEA umožňuje, aby tandemové solárne články na báze perovskitu a kremíka, vyrobené z bežných textúrovaných doštičiek z kremíka Czochralského, dosiahli veľmi vysokú účinnosť takmer 31% a udržali si dlhodobú stabilitu.