Ticari güneş pillerinin rastgele hiyerarşik dokuları

Geçenlerde dergide yayınlanan bir makalede ACS Uygulamalı Enerji MalzemeleriBu makalede araştırmacılar, endüstride uygulanabilir rastgele hiyerarşik malzemelerle kalınlaştırılmış perovskite güneş pillerinde (PSC’ler) ışığın verimli bir şekilde toplanmasını tartıştılar.

Stady: Endüstriyel olarak uygulanabilir rastgele hiyerarşik yapılar üzerinde işlenen kalınlaştırılmış perovskit güneş pillerinde verimli ışık hasadı. İmaj Kredisi: Alberto Masnovo / Shutterstock.com

arka fon

Perovskite/silikon (Si) tandem güneş pilleri, özellikle bi-terminal monolitik (2T) mimarisi, bypass potansiyeli olan yeni nesil yüksek verimli, düşük maliyetli fotovoltaik hücreler (PV’ler) için potansiyel adaylardan biri haline geldi. Son birkaç yılda tek eklemli güneş pillerinin teorik sınırlaması.

Her iki alt hücrede de mevcut nesli en üst düzeye çıkarmak ve eşleştirmek için 2T mimarisi, verimli ışık yönetimi algoritmaları gerektirir. Bununla birlikte, yüksek verimli 2T perovskite/Si tandem güneş pillerinin çoğunda ön taraf cilalı Si pulları kullanılır. Bu yöntem laboratuvar ölçekli üretim için uygun olsa da endüstriyel kullanım için en uygun maliyetli alternatif değildir.

Perovskite/Si tandem güneş pilleri için, bu tür orta ölçekli hiyerarşik desenleri tamamen kaplayan kalın bir perovskite absorpsiyon katmanı geliştirmenin önemi tanımlanmıştır. Bu zorluğu çözmek için çeşitli perovskite film üretme yöntemleri önerilmiştir. Bununla birlikte, bir perovskit öncü çözeltisindeki kimyasallar, difüzyon uzunluğunu arttırmanın en yaygın yoludur.

Orta büyüklükteki dokular üzerinde kalın PSC’lerin işlenmesiyle ilişkili optik kazançların araştırılması yeteneği, düz bir yüzey üzerinde verimli, kalın ve kararlı bir perovskite emicinin varlığı ile sağlanır.

Çalışma hakkında

Bu çalışmada, yazarlar, ~ 1-2 μm’lik düşük piramidal boyuta sahip, endüstride uygulanabilir rastgele piramidal dokular üzerinde yüksek verimli PSC’lerin üretimini bildirmektedir. İlk adımda, düzlemsel PSC’ler, sadece birkaç um kalınlığında, verimli yük taşıyıcı ekstraksiyonu olan ve bir Lewis bazının eklenmesi kullanılarak % 18’e varan bir enerji dönüşüm verimliliğine sahip olan perovskite emici katmanlarla üretildi.

Ekip, standart endüstriyel Si folyoya benzer şekilde çok düşük yansıtma gösteren, endüstride uygulanabilir dokuma Si folyo kullanılarak daha kalın, yüksek verimli polietilen levhaların hazırlanmasını anlattı. İlk olarak, Lewis bazı üre (CH₄n₂O), iki mikron kalınlığındaki perovskite absorpsiyon tabakasının kristal gelişimini iyileştirmek için kullanıldı, bu da verimli yük çıkarma ve % 18’e varan enerji dönüşüm verimlilikleri (PCE’ler) ile kalın düzlemsel referans PSC’lerin üretilmesiyle sonuçlandı.

Araştırmacılar, Si dokusunu cam yüzeylerde çoğaltmak için yüksek oranda ölçeklenebilir nano baskı litografisi kullanarak orta ölçekli dokularda üretilen kalın perovskit emicilerin işlenmesinin optik avantajlarını değerlendirdi. Bu tür orta büyüklükteki dokuları kaplamak için uygun kalın perovskit tabakaları elde etmek için bir çift katyonik perovskit öncü çözeltisinde bir Lewis bazı için katkı maddesi olarak üre kullanan bir anti-solvent söndürme yöntemine dayanan bir döndürmeli kaplama formülü oluşturulmuştur.

notlar

Ters piramitli plastik levhalarda hazırlanan kalın filmler kullanıldığında, AM 1.5G ağırlıklı yansıma, düzlemsel referans seviyesinden daha iyi olan %9.9’dan %5.2’ye düşürülmüştür. Daha düşük geniş bant yansıması, geliştirilmiş ışık yakalama ile birlikte akım üretimini mümkün olan maksimum kısa devre akım yoğunluğunun %87,3’ü kadar artırdı. Pürüzlülüğün yüzey alanı artmasına rağmen, daha yüksek açık devre voltajı (V_OK) ve düzlemsel referans PSC’ye eşdeğer doldurma faktörü (FF) korunmuştur. Sonuç olarak, önerilen bileşik PSC, maksimum güç noktası izinde beş dakika boyunca %18.7’lik sabit bir güç çıkışına sahipti. Dokulu PSC’ler, iki yüzeyli uygulamalarda ve gerçekçi ışınlama ayarlarında faydalarını vurgulayan tüm geliş açıları için mevcut en iyi nesli gösterdi.

Referanslarla karşılaştırıldığında, ITO/2PACz/perovskite/C60/BCP/Ag katman yığınından oluşturulan üre ilavesiyle kalınlaştırılmış PSC prototipi, V’de ortalama bir artış gösterdi._OK 50 mV, kısa devre akım yoğunluğundaki ortalama artışla birlikte (J_SC) yaklaşık 1 mA/cm² ve FF %67’den %77’ye.

Geniş bant üzerinde, dokulu PSC’ler, 70°’ye kadar hem normal geliş hem de geliş açısında (AOI) düzlemsel referanstan daha düşük yansıma kayıplarına sahipti ve bu da ışık hasadını önemli ölçüde artırdı. Görsel kazanç tatmin edici bir J puanı ile sonuçlandı_SC mutlak anlamda düz referanstan %4.7 daha yüksek olan %87.3’ten.

Sonuçlar

Sonuç olarak, bu çalışma, verimli hafif hasat için bir milimetreye yakın kalınlığa sahip PSC’lerin gelişimini göstermiştir. Önerilen doku, 1-2 um’lik bir hiyerarşik boyuta sahipti ve perovskite bant aralığının yakınında mükemmel optik yakalama ile birlikte birleştirmede etkili geniş bant ışığı sağladı.

Üre, kristalizasyonu artırmak için Lewis bazı için bir katkı maddesi olarak kullanıldı ve sonuç olarak, hazırlanan kalın perovskit adsorpsiyon katmanlarının film kalitesi ve tane boyutu, yeterince uzun bir difüzyon uzunluğu ve verimli yük taşıyıcı ekstraksiyonu elde etmesine izin verildi. İşlenen daha kalın PSC’ler, düz bir yığın üzerinde daha kalın emici tabaka optimize edildikten sonra endüstride uygulanabilir rastgele hiyerarşik bir dokuya göre tarandı. Yüksek verimli nano-litografi kullanılarak, cam yüzeylerde dokular yeniden oluşturuldu.

Önerilen yaklaşımı kullanan ışık kontrolünün etkisi, desenli PSN PCE’ye yansıtıldı ve V ile desenli PSN PCE’de %18,7’ye kadar sabit güç çıkışı ile_OK Ve FF, düzlemsel bir sinyale eşdeğerdir. Yazarlar, önerilen tekniğin, 3T ve 2T perovskite/Si tandem güneş pillerinin potansiyel uygulamasına ek olarak, gerçek dünya uygulamalarında tek veya çift yönlü tek eklemli PSC’ler için yararlı olabileceğine inanmaktadır.

AZoM’dan daha fazlası: Alev Atomik Absorpsiyon Spektroskopisinin Kullanımı ve Uygulamaları

kaynak

Faraj, A, Schmeiger, R. , Fssel, B, et al. Endüstriyel olarak uygulanabilir rastgele hiyerarşik yapılar üzerinde işlenen kalınlaştırılmış perovskit güneş pillerinde verimli ışık hasadı. ACS Uygulamalı Enerji Malzemeleri (2022).

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaem.1c04028

Sorumluluk Reddi: Burada ifade edilen görüşler, yazarın şahsi sıfatıyla ifade edilen görüşleridir ve AZoM.com Limited’in görüşlerini temsil etmeyebilir. T/A AZoNetwork, bu web sitesinin sahibi ve işletmecisidir. Bu sorumluluk reddi, bu web sitesinin kullanım şart ve koşullarının bir parçasını oluşturur.