کنترل کریستال‌سازی پرُوسکایت از طریق لایهٔ تک‌مولکولی مهندسی‌شده در سلول‌های خورشیدی تاندِم پرُوسکایت-سیلیکون
پژوهشگران دانشگاه ژجیانگ و شرکت Trina Solar با طراحی یک لایهٔ خودسامان (SAM) مهندسی‌شده توانسته‌اند روند کریستال‌سازی لایهٔ پرُوسکایت را در ساخت سلول‌های تاندِم پرُوسکایت-سیلیکون بهبود دهند. این کار باعث کاهش نقص‌های پنهان در رابط بین لایهٔ پرُوسکایت و SAM شده و در نهایت منجر به دستیابی به بازده تبدیل توان ۳۳٫۸۶٪ (تأییدشده ۳۳٫۵۹٪) برای سلول ۱ سانتی‌متر² و بازده ۲۹٫۲۵٪ (تأییدشده ۲۸٫۵۳٪) برای سلول ۱۶ سانتی‌متر² شده است.
نکات کلیدی
- مشکلی مهم در سلول‌های تاندِم پرُوسکایت-سیلیکون، «نقص‌های مدفون در رابط بین لایهٔ پرُوسکایت با نوارگپ وسیع و لایهٔ SAM» هستند که عملکرد را محدود می‌کنند.
- توسعهٔ SAM سفارشی‌شده باعث شده است تا کریستال‌سازی پرُوسکایت با کنترل بیشتری انجام شود، نقص‌ها کاهش یابد و ارتباط الکترونیکی رابط بهتر شود.
- با این روش، سلول ۱ سانتی‌متر² به بازده ۳۳٫۸۶٪ (۳۳٫۵۹٪ تأییدشده) و سلول ۱۶ سانتی‌متر² به بازده ۲۹٫۲۵٪ (۲۸٫۵۳٪ تأییدشده) رسیده است.
- علاوه بر بازده بالا، پایداری عملکردی نیز بهبود یافته و سلول پس از ۲٬۰۰۰ ساعت روشن‌بودن با تابش ۱ آفتاب، بیش از ۹۰٪ از بازده اولیه را حفظ کرده است.
متن خبر
در مقاله منتشر شده در Nature Photonics، نویسندگان نشان می‌دهند که لایه‌های SAM مرسوم هنگامی که روی زیرلایهٔ سیلیکون با سطح بافت‌دار (textured) قرار می‌گیرند، ممکن است باعث رشد نامنظم کریستال‌های پرُوسکایت شوند؛ رشد نامنظم که نقص‌های الکترونیکی و تخریب مورفولوژی در رابط را تقویت می‌کند.
برای حل این مسئله، تیم پژوهشی یک لایهٔ خودسامان مهندسی‌شده معرفی کرده که سازگاری ساختاری و انرژی بین محلول پیش‌مادهٔ پرُوسکایت و SAM را بهبود می‌بخشد. این یعنی کریستال‌سازی بهتر، رابط با نقص کمتر و عملکرد بهتر سلول.
وقتی این لایه در ساخت سلول تاندِم پرُوسکایت-سیلیکون به‌کار گرفته شد، دستگاه‌های نمونه بازده‌های بسیار بالا نشان دادند و پایداری طولانی‌مدت نیز اثبات شد. نویسندگان این‌گونه نتیجه‌گیری می‌کنند که «کنترل دقیق کریستال‌سازی و بهبود رابط، کلیدی برای تجاری‌سازی سلول‌های تاندِم پرُوسکایت-سیلیکون هستند».
