Perovskitne tandem-ćelije: 24,3% efikasnosti uz 10‑minutni vakuumski postupak

Tim istraživača iz Nemačke i Španije razvio je brz, bezrastvarački vakuumski postupak koji u samo 10 minuta stvara ujednačene perovskitne slojeve pogodnne za perovskitno‑silicijumske tandem solarne ćelije. Metod su razvili naučnici sa Karlsruher Instituta za Tehnologiju (KIT) i Univerziteta u Valensiji i rezultovao je tandem ćelijama sa efikasnostima do 24,3%.

Kako radi postupak

Istraživači su upotrebili tehniku close-space sublimation (CSS), odnosno sublimaciju na maloj udaljenosti. U ovoj vakuumskoj metodi prekursori isparavaju i prelaze samo nekoliko milimetara pre nego što se talože na površinu silicijumske ćelije, gde zatim reaguju i formiraju perovskitni sloj. Postupak je bez upotrebe rastvarača i troši relativno malo prekursora; izvor materijala može da se ponovo iskoristi, što povećava atraktivnost za industrijsku proizvodnju.

Kontrola sastava i energijskog pojasa

Tim je koristio mešani organski izvor (metilamonijum-jodid i metilamonijum-bromid) kako bi podešavao odnos joda i broma u perovskitu. Podešavanjem tog odnosa dobili su ciljanu širinu zabranjenog pojasa od oko 1,64 eV, što je važno za optimalno upijanje različitih delova solarnog spektra u tandem ćeliji.

Rezultati

Analize skener elektronskog mikroskopa (SEM) i rendgenske metode pokazale su ujednačeno prekrivanje perovskitom na različitim tipovima silicijumskih podloga. Tandem ćelije ostvarile su sledeće maksimalne vrednosti efikasnosti: 23,5% na glatkim podćelijama, 23,7% na nano‑strukturiranim i 24,3% na mikro‑strukturiranim silicijumskim površinama. Istraživači su konverziju perovskitnog sloja dovršili u eksperimentu za 10 minuta, što predstavlja značajan napredak za vakuumski proces.

"Uspešno smo pokazali da izuzetno brz vakuumski proces ne samo da stvara ujednačene slojeve, već i daje efikasne perovskit–silicijumske solarne ćelije," rekao je Ulrich Paetzold (KIT).

Zašto je ovo važno

Perovskitno‑silicijumske tandem ćelije kombinuju prednosti oba materijala: perovskit apsorbuje gornji deo spektra, dok silicijum iskorišćava donji deo, što omogućava veći izlaz električne energije nego kod klasičnih silicijumskih panela. Brz i bezrastvarački CSS proces koji radi i na teksturiranim (nano i mikro) površinama predstavlja korak ka industrijskoj proizvodnji jer je brz, štedljiv po potrošnji prekursora i lako skalabilan.

Ograničenja i sledeći koraci

Iako su rezultati perspektivni, neophodna su dalja istraživanja stabilnosti perovskitnih slojeva tokom vremena, otpornosti na vlagu i toplotne cikluse, kao i testovi za višestruko industrijsko skaliranje. Autori navode da će naredni radovi verovatno obuhvatiti dugoročne provere performansi i optimizaciju proizvodnog procesa.

Studija je objavljena u časopisu Nature Energy, a rad su potpisali istraživači sa KIT‑a i Univerziteta u Valensiji u okviru projekta Horizon Europe Nexus.