Mesoporöst MoS₂-strategi ökar effektiviteten och stabiliteten hos perovskitsolceller

31 oktober 2024 ​ specialförmåga

Den här artikeln har granskats enligt Science X:s redaktionella process och policys. Redaktörerna har framhävt följande egenskaper samtidigt som de säkerställer innehållets trovärdighet:

faktakolla

peer-reviewed publicering

pålitlig källa

korrekturläst

av Ingrid Fadelli, Phys.org

Effektiviteten och prestandan för fotovoltaik (PV) har förbättrats avsevärt under de senaste decennierna vilket har lett till en ökning av användningen av solteknik. För att ytterligare förbättra prestanda för solceller har energiforskare över hela världen utvecklat och testat alternativa designstrategier genom att använda olika material och cellstrukturer.

En klass av solceller som har visat lovande resultat är de som är baserade på organisk- oorganiska hybridperovskiter, material med olika fördelaktiga egenskaper. Även om dessa celler har uppnått effektiviteter på över 25% är de ofta instabila och känsliga för olika yttre stimuli (t.ex. UV-ljus och syre), vilket hindrar deras storskaliga implementering.

Forskare vid Ulsan National Institute of Science and Technology, Korea University och andra institut introducerade nyligen en ny möjlig strategi för att öka effektiviteten och stabiliteten hos perovskitsolceller. Denna strategi, beskriven i en artikel publicerad i Nature Nanotechnology, innebär användningen av mesoporös strukturerad molybden disulfid (MoS2) som ett elektrontransportlager (ETL) i perovskitsolceller.

"Mesoporösa strukturerade elektrontransportlager (ETL) i perovskitsolceller (PSC) har en ökad ytkontakt med perovksitskiktet, vilket möjliggör effektiv laddningseparation och -extraktion samt högeffektiva enheter," skrev Donghwan Koo, Yunseong Choi och deras kollegor i sin artikel.

"De mest använda ETL-materialen i PSC, TiO2, kräver en bränningstemperatur på mer än 500 °C och genomgår en fotokatalytisk reaktion under inkommande belysning som begränsar driftsstabiliteten. Tidigare ansträngningar har fokuserat på att hitta alternativa ETL-material som SnO2."

Byggd på tidigare forskningsinsatser, Koo, Choi och deras kollegor arbetade för att förbättra prestandan hos perovskitsolceller genom att använda ETL med en mesoporös struktur. Det betyder i huvudsak att materialet som används i dessa lager har små porer (som sträcker sig från 2 till 50 nm i storlek).

De använde specifikt mesoporös MoS2, ett mångsidigt material med optoelektroniska egenskaper som tidigare använts för att utveckla batterier, fotodetektorer, ljusemitterande dioder (LED) och andra teknologier. Forskarna fann att införandet av ett mesoporöst MoS2-ETL resulterade i solceller med en effektivitet över 25% och god stabilitet.

"MoS2 mellanlagret ökar ytkontakten med det intilliggande perovskitskiktet, vilket förbättrar laddningsöverföringdynamiken mellan de två skikten," skrev Koo, Choi och deras kollegor.

"Dessutom möjliggör matchningen mellan MoS2 och perovskitkristallerna en preferentiell tillväxt av perovskitkristaller med låg restspänning jämfört med TiO2. Genom att använda mesoporös strukturerad MoS2 som ETL får vi perovskitsolceller med effektiviteter på 25,7% (0,08 cm2, certifierade 25,4%) och 22,4% (1,00 cm2)."

I de inledande testerna uppnådde teamets solceller mycket lovande resultat som jämförde väl med solceller med en TiO2-ETL. Inte minst fanns det att perovskitsolceller med mesoporöst MoS2 också visade sig behålla sin stabilitet och 90% av deras ursprungliga effektivitet för effektomvandling (PCE) efter att ha fungerat under kontinuerlig belysning i över 2 000 timmar.

Dessa uppmuntrande resultat kan ligga till grund för framtida ansträngningar som syftar till att öka effektiviteten och stabiliteten hos organisk-icke-organiska perovskitsolceller genom att införa ett mesoporöst strukturerat MoS2-lager. Dessa insatser kan hjälpa till att öka prestandan hos perovskitsolceller på hög nivå med kiselbaserade PV, vilket kan bidra till deras framtida omfattande implementering.

Mer information: 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.

Tidsskriftsinformation: Nature Nanotechnology

© 2024 Science X Network