Mesoporowata strategia MoS₂ zwiększa wydajność i stabilność ogniw słonecznych perowskitowych

31 października 2024 funkcja

Ten artykuł został przejrzany zgodnie z procesem redakcyjnym i zasadami Science X. Edytorzy podkreślili następujące cechy, dbając jednocześnie o wiarygodność treści:

zweryfikowane faktycznie

publikacja z recenzją innych naukowców

zaufane źródło

skorygowane

przez Ingrid Fadelli , Phys.org

Skuteczność i wydajność fotowoltaiki (PV) znacząco poprawiły się w ciągu ostatnich dziesięcioleci, co doprowadziło do zwiększenia przyjęcia technologii słonecznych. Aby dalszo zwiększyć wydajność ogniw słonecznych, badacze energetyczni na całym świecie opracowują i testują alternatywne strategie projektowe oraz wykorzystują różne materiały i struktury ogniw.

Grupa ogniw słonecznych, które zdobyły obiecujące wyniki, opiera się na organiczno-nieorganicznych hybrydowych perowskitach, które posiadają różne korzystne właściwości. Chociaż te ognie osiągnęły wydajności powyżej 25%, są one często niestabilne i wrażliwe na różne stymulanty zewnętrzne (np. światło UV i tlen), co uniemożliwia ich szeroką implementację na dużą skalę.

Badacze z Ulsan National Institute of Science and Technology, Korea University oraz innych instytucji wprowadzili niedawno nową możliwą strategię polepszania wydajności i stabilności ogniw słonecznych na bazie perowskitów. Tę strategię, opisaną w artykule opublikowanym w Nature Nanotechnology, polega na wykorzystaniu strukturalnego molibdenu dwusiarczku (MoS2) o mezoporowatej strukturze jako warstwy transportu elektronów (ETL) w ogniwach słonecznych na bazie perowskitów.

'Mezoporowate struktury warstw transportu elektronów (ETL) w ogniwach słonecznych na bazie perowskitów (PSCs) posiadają zwiększony kontakt powierzchniowy z warstwą perowskitu, umożliwiając efektywną separację ładunków i ich ekstrakcję oraz wysokowydajne urządzenia,' napisali w swoim artykule Donghwan Koo, Yunseong Choi i ich koledzy.

'Jednakże, najczęściej używany materiał ETL w PSCs, TiO2, wymaga temperatury spiekania przekraczającej 500 °C i przechodzi reakcję fotokatalityczną pod wpływem padającego światła, co ogranicza stabilność operacyjną. Ostatnio podejmowane wysiłki skupiały się na poszukiwaniu alternatywnych materiałów ETL, takich jak SnO2.'

W oparciu o wcześniejsze badania, Koo, Choi i ich koledzy postanowili poprawić wydajność ogniw słonecznych na bazie perowskitów, wykorzystując ETLs z mezostrukturalną budową. Oznacza to, że materiał używany do tych warstw posiada mikroskopijne pory (o wymiarach od 2 do 50 nm).

Specyficznie wykorzystali mezoporowaty MoS2, wszechstronny materiał o właściwościach optoelektronicznych, który wcześniej był używany do tworzenia baterii, fotodetektorów, diod elektroluminescencyjnych (LED) oraz innych technologii. Badacze stwierdzili, że wprowadzenie mezoporowatej MoS2 jako ETL przyniosło ogniwom słonecznym wydajność powyżej 25% i dobrą stabilność.

'Warstwa pośrednia MoS2 zwiększa obszar kontaktu powierzchniowego z przyległą warstwą perowskitu, poprawiając dynamikę transferu ładunków między dwiema warstwami,' napisali Koo, Choi i ich koledzy.

'Ponadto, zgodność między MoS2 a sieciami perowskitowymi ułatwia preferencyjny wzrost kryształów perowskitowych o niskim naprężeniu pozostałym, w porównaniu z TiO2. Korzystając z mezostrukturalnego MoS2 jako ETL, otrzymujemy ogniw słonecznych z perowskitami o wydajności 25,7% (0,08 cm2, certyfikowana na 25,4%) i 22,4% (1,00 cm2).'

W początkowych testach ogniw zespołu uzyskały bardzo obiecujące wyniki, co sprzyjało ogniwom słonecznym z ETL TiO2. Co ważne, ogniwa słoneczne z mezoporowatym MoS2 okazały się również być stabilne i utrzymywały 90% swojej początkowej efektywności konwersji energii (PCE) po pracowaniu pod ciągłym oświetleniem przez ponad 2,000 godzin.

Te zachęcające wyniki mogą być przydatne w przyszłych wysiłkach mających na celu zwiększenie wydajności i stabilności ogniw słonecznych na bazie organiczno-nieorganicznych perowskitów przez wprowadzenie warstwy mezostrukturalnego MoS2. Te starania mogą pomóc w doprowadzeniu wydajności ogniw słonecznych z perowskitami do poziomu kompatybilnego z ogniwami PV opartymi na krzemie, przyczyniając się do ich przyszłego szerokiego wdrożenia.

Więcej informacji: Donghwan Koo et al, Mesoporous structured MoS2 as an electron transport layer for efficient and stable perovskite solar cells, Nature Nanotechnology (2024). DOI: 10.1038/s41565-024-01799-8.

Informacje o czasopiśmie: Nature Nanotechnology

© 2024 Sieć Science X