Mesoporeus MoS₂-strategie verhoogt de efficiëntie en stabiliteit van perovskiet-zonnecellen

31 oktober 2024 functie

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt bij het waarborgen van de geloofwaardigheid van de inhoud:

gefactcheckt

peer-reviewed publicatie

betrouwbare bron

gelezen en gecorrigeerd

door Ingrid Fadelli, Phys.org

De efficiëntie en prestaties van fotovoltaïsche cellen (PV's) zijn aanzienlijk verbeterd in de afgelopen decennia, wat heeft geleid tot een toename in het gebruik van zonne-energietechnologieën. Om de prestaties van zonnecellen verder te verbeteren, hebben energieonderzoekers wereldwijd alternatieve ontwerpstrategieën bedacht en getest, waarbij ze verschillende materialen en celstructuren hebben gebruikt.

Een klasse zonnecellen die veelbelovende resultaten opleveren zijn die op basis van organisch-anorganische hybride perovskieten, materialen met verschillende voordelige eigenschappen. Hoewel deze cellen efficiënties van meer dan 25% hebben bereikt, zijn ze vaak instabiel en gevoelig voor verschillende externe prikkels (bijv. UV-licht en zuurstof), wat hun grootschalige implementatie belemmert.

Onderzoekers aan het Ulsan National Institute of Science and Technology, Korea University en andere instituten introduceerden onlangs een nieuwe mogelijke strategie om de efficiëntie en stabiliteit van perovskiet zonnecellen te verhogen. Deze strategie, uiteengezet in een artikel gepubliceerd in Nature Nanotechnology, omvat het gebruik van mesoporeuze gestructureerde molybdeen disulfide (MoS2) als een elektronentransportlaag (ETL) in perovskiet zonnecellen.

'Mesoporeuze gestructureerde elektronentransportlagen (ETL's) in perovskiet zonnecellen (PSC's) hebben een groter contactoppervlak met de perovskietlaag, waardoor effectieve ladingafscheiding en -extractie mogelijk is, en hoogefficiënte apparaten,' schreven Donghwan Koo, Yunseong Choi en hun collega's in hun artikel.

'Echter, het meest gebruikte ETL-materiaal in PSC's, TiO2, vereist een sintertemperatuur van meer dan 500 °C en ondergaat een fotokatalytische reactie onder invallend licht die de operationele stabiliteit beperkt. Recent onderzoek richt zich op het vinden van alternatieve ETL-materialen, zoals SnO2.'

Voortbouwend op eerdere onderzoeksinspanningen, hebben Koo, Choi en hun collega's zich ingezet om de prestaties van perovskiet zonnecellen te verbeteren door ETL's met een mesoporeuze structuur te gebruiken. Dit betekent in feite dat het materiaal dat voor deze lagen wordt gebruikt kleine poriën heeft (variërend van 2 tot 50 nm groot).

Zij gebruikten specifiek mesoporeuze MoS2, een veelzijdig materiaal met opto-elektronische eigenschappen dat eerder is gebruikt om batterijen, fotodetectoren, lichtgevende diodes (LED's) en andere technologieën te ontwikkelen. De onderzoekers ontdekten dat het introduceren van een mesoporeuze MoS2 ETL zonnecellen opleverde met een efficiëntie boven de 25% en goede stabiliteit.

'De MoS2 tussenlaag vergroot het contactoppervlak met de aangrenzende perovskietlaag, wat de ladingsoverdrachtsdynamica tussen de twee lagen verbetert,' schreven Koo, Choi en hun collega's.

'Bovendien vergemakkelijkt de overeenkomst tussen de MoS2- en de perovskietroosters een preferentiële groei van perovskietkristallen met lage restspanningen, in vergelijking met TiO2. Door mesoporeuze gestructureerde MoS2 als ETL te gebruiken, verkrijgen we perovskiet zonnecellen met efficiënties van 25,7% (0,08 cm2, gecertificeerd 25,4%) en 22,4% (1,00 cm2).'.

In initiële tests behaalden de zonnecellen van het team zeer veelbelovende resultaten, die gunstig vergeleken met zonnecellen met een TiO2 ETL. Opmerkelijk genoeg behielden de perovskiet zonnecellen met een mesoporeuze MoS2 ook hun stabiliteit en 90% van hun initiële vermogensconversie-efficiëntie (PCE) na meer dan 2.000 uur continue belichting.

Deze veelbelovende bevindingen kunnen toekomstige inspanningen informeren die gericht zijn op het verbeteren van de efficiëntie en stabiliteit van organisch-anorganische perovskiet zonnecellen door het introduceren van een mesoporeuze gestructureerde MoS2-laag. Deze inspanningen kunnen helpen om de prestaties van perovskiet zonnecellen op gelijke hoogte te brengen met op silicium gebaseerde PV's, wat bijdraagt aan hun toekomstige grootschalige implementatie.

Meer informatie: Donghwan Koo et al, Mesoporeuze gestructureerde MoS2 als een elektronentransportlaag voor efficiënte en stabiele perovskiet zonnecellen, Nature Nanotechnology (2024). DOI: 10.1038/s41565-024-01799-8.

Tijdschriftgegevens: Nature Nanotechnology

© 2024 Science X Network