Οι ερευνητές δήλωσαν ότι βελτιστοποίησαν τα ανεστραμμένα κύτταρα περοβσκίτη χαμηλού ενεργειακού χάσματος μέσω μιας παθητικοποιητικής ενδιάμεσης στρώσης οξειδίου του αργιλίου (Al2O3) που εναποτέθηκε μέσω ατομικής εναπόθεσης στρώσεων (ALD), η οποία βοήθησε σημαντικά στη βελτίωση της απόδοσης της συσκευής.
Tα ανεστραμμένα κύτταρα περοβσκίτη
Ερευνητές στο Ινδικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας Βομβάη κατασκεύασαν ένα ανεστραμμένο ηλιακό στοιχείο περοβσκίτη χαμηλού ενεργειακού χάσματος για εφαρμογές σε τετραπολικά (4T) ηλιακά στοιχεία περοβσκίτη-πυριτίου.
Τα ανεστραμμένα κύτταρα περοβσκίτη έχουν μια δομή συσκευής γνωστή ως "p-i-n", στην οποία η επιλεκτική της οπής επαφή "p" βρίσκεται στο κάτω μέρος ενός εγγενούς στρώματος περοβσκίτη "i" με στρώμα μεταφοράς ηλεκτρονίων "n" στην κορυφή. Τα συμβατικά κύτταρα περοβσκίτη αλογονιδίων έχουν την ίδια δομή αλλά αντίστροφα - μια διάταξη "n-i-p".
Στη συμβατική αρχιτεκτονική n-i-p, το ηλιακό κύτταρο φωτίζεται μέσω της πλευράς του στρώματος μεταφοράς ηλεκτρονίων (ETL). στη δομή p-i-n, φωτίζεται μέσω της επιφάνειας του στρώματος μεταφοράς οπών (HTL).
«Βελτιστοποιήσαμε ένα αδιαφανές ηλιακό κύτταρο περοβσκίτη p-i-n μετρώντας το πάχος του ενδιάμεσου στρώματος παθητικοποίησης οξειδίου του αργιλίου (Al2O3) που εναποτέθηκε μέσω ατομικής εναπόθεσης στρώματος (ALD)», δήλωσε ο αντίστοιχος συγγραφέας της έρευνας, Dinesh Kabra, στο περιοδικό pv. «Χρησιμοποιήσαμε το ενδιάμεσο στρώμα νανοσωματιδίων Al2O3 για την παθητικοποίηση των διεπαφών του στρώματος μεταφοράς περοβσκίτη και του φορτίου buckminsterfullerene (C60). Η εναπόθεση στρώματος Al2O3 μέσω της τεχνικής ALD έχει δείξει μεγάλο δυναμικό στην παθητικοποίηση των ενεργών στρωμάτων καθώς και στην πλήρη ενθυλάκωση της στοίβας συσκευών».
Ο σχεδιασμός του πάνελ
Οι επιστήμονες σχεδίασαν το κελί με ένα υπόστρωμα κατασκευασμένο από γυαλί και οξείδιο ινδίου-κασσιτέρου (ITO), ένα στρώμα μεταφοράς οπών (HTL) κατασκευασμένο από ένα φωσφονικό οξύ που ονομάζεται μεθυλο-υποκατεστημένο καρβαζόλιο (Me-4PACz), έναν απορροφητή περοβσκίτη με ενεργειακό χάσμα 1,67 eV, το ενδιάμεσο στρώμα Al2O3, το C60 ETL, ένα ρυθμιστικό στρώμα βαθοκουπροΐνης (BCP) και μια μεταλλική επαφή αργύρου (Ag).
Χρησιμοποίησαν ένα «βελτιστοποιημένο» ενδιάμεσο στρώμα Al2O3 3 nm, το οποίο φέρεται να βοήθησε στην αύξηση της απόδοσης του κελιού από 17,09% σε 19,16% και του συντελεστή πλήρωσης από 71,44% σε 77,36% σε σύγκριση με ένα κελί αναφοράς χωρίς το ενδιάμεσο στρώμα Al2O3.
Με αυτήν τη διαμόρφωση, η ερευνητική ομάδα κατασκεύασε ένα στοιχείο με ενεργό εμβαδόν 0,175 cm2 και απόδοση 18,77%, καθώς και μια συσκευή με ενεργό εμβαδόν 1,08 cm2 και απόδοση 16,92%.
Και οι δύο συσκευές ενσωματώθηκαν στη συνέχεια σε ένα ζεύγος 4T περοβσκίτη-πυριτίου με μια κάτω συσκευή πυριτίου με απόδοση 25,5%, τάση ανοιχτού κυκλώματος 0,720 V, πυκνότητα ρεύματος βραχυκυκλώματος 4209 mA/cm2 και συντελεστή πλήρωσης 84,15%.
Η δοκιμή του ζεύγους
Δοκιμασμένο υπό τυπικές συνθήκες, το ζεύγος κελιών με την άνω συσκευή περοβσκίτη 0,175 cm2 πέτυχε απόδοση 29,14%, ενώ το ζεύγος κελιών που χρησιμοποιούσε το άνω κελί 1,08 cm2 έφτασε σε απόδοση 26,86%.
«Επιδείξαμε με επιτυχία ηλιακά στοιχεία 4-T περοβσκίτη-πυριτίου σε σειρά με απόδοση που υπερβαίνει το 26% σε 1 cm2 ενεργού επιφάνειας», δήλωσε ο Kabra. «Υπάρχει δυνατότητα περαιτέρω βελτίωσης στην απόδοση των ηλιακών στοιχείων σε σειρά με την ενσωμάτωση ενός οπτικού ζεύκτη μεταξύ των άνω και κάτω στοιχείων, ο οποίος μπορεί να ενισχύσει τη μετάδοση στο εγγύς υπέρυθρο (NIR).
Το στοιχείο περιγράφηκε λεπτομερώς στη μελέτη «Βελτιστοποίηση διαφανών ηλιακών στοιχείων περοβσκίτη p-i-n σε εγγύς υπέρυθρο με ενεργό επιφάνεια >1 cm2 για ηλιακά στοιχεία περοβσκίτη/Si τεσσάρων ακροδεκτών σε σειρά», που δημοσιεύτηκε στο RRL Solar.
www.worldenergynews.gr
