Quelle:perovskite-info.com
Forscher der chinesischen Universität Chongqing, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) und der JA Solar Holdings Co. haben zusammen mit dem südkoreanischen Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) und dem deutschen CTF Solar eine Perowskit-Solarzelle auf Basis einer Binärzelle entwickelt gemischte Lochtransportschicht (HTL), die Berichten zufolge eine bessere Leistung bietet als HTLs, die auf häufig verwendeten hygroskopischen Dotierstoffen beruhen.
Schematische Darstellung der planaren Struktur einer Nip-Perowskit-Solarzelle
Bild: Chinesische Akademie der Wissenschaften, DeCarbon, Creative Commons License CC BY 4.0
Das Team mischte zwei beliebte Lochtransportmaterialien, um eine binäre gemischte HTL zu bilden, die eine verbesserte Feuchtigkeitsbeständigkeit aufwies. Infolgedessen erreichten PSCs, die mit der gemischten HTL ausgestattet waren, eine hervorragende Leistungsumwandlungseffizienz (PCE) von bis zu 24,3 Prozent und eine überlegene Betriebsstabilität. Die Zellen ohne Verkapselung können nach 1200 Stunden Lagerung in dunklen Umgebungsbedingungen (30 Prozent relative Luftfeuchtigkeit) eine anfängliche Effizienz von 90 Prozent aufrechterhalten. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine solche gemischte HTL eine vielversprechende Strategie sein könnte, um die Anforderungen zukünftiger Photovoltaikanwendungen mit geringen Kosten sowie hervorragender Effizienz und Gerätestabilität zu erfüllen.
Die Wissenschaftler stellten die HTL mit dem Polymer Regioregular Poly(3-hexylthiophen) (P3HT) und Spiro-OMeTAD in einer gemischten binären Konfiguration her, von der sie behaupten, dass sie den in der Zelle verwendeten Perowskit-Absorber dank der Hydrophobie besser schützt P3HT. „P3HT weist nicht nur einen höheren Grad an molekularer Ordnung auf, sondern zeigt auch eine bevorzugte ‚Face-on‘-Orientierung, d. h. die P3HT-Moleküle sind parallel zum Substrat, was erhebliche positive Auswirkungen auf die optoelektronischen Eigenschaften und die Ladungsträgermobilität hat, “ erklärten sie.
Das Team baute die Solarzelle mit einem Indium-Zinn-Oxid (ITO)-Substrat, einer Zinn(IV)-Oxid (SnO2)-Elektronentransportschicht (ETL), einer Perowskit-Schicht, der vorgeschlagenen HTL, Molybdänoxid (MoOx)-Pufferschicht und a Gold (Au) Metallkontakt.
Die Forscher testeten die Leistung mehrerer mit diesem Design entwickelter Solarzellen mit einer aktiven Fläche von 0,08 cm2 durch einen Sonnensimulator, der mit einer 450-W-Xenonlampe und einem Keithley 2400-Quellenmessgerät unter Standardbeleuchtungsbedingungen ausgestattet war. Das Champion-Gerät erreichte eine Leistungsumwandlungseffizienz von 24,30 Prozent und eine zertifizierte Effizienz von 24,22 Prozent. Es erreichte auch eine Leerlaufspannung von 1,18 V, eine Kurzschlussstromdichte von 24,94 mA cm-2 und einen Füllfaktor von 82,51 Prozent. Die Zelle konnte auch nach 1.200 Stunden Lagerung in dunkler Umgebung 90 Prozent ihrer anfänglichen Effizienz beibehalten.
„Eine erfolgreiche Modifizierung der herkömmlichen Spiro-OMeTAD-HTL wurde demonstriert, indem hydrophobes polymeres P3HT in eine Spiro-OMeTAD-Folie eingebaut wurde, um die Effizienz und Stabilität von Perowskit-Solarzellen zu verbessern“, schloss die Gruppe. „Wir glauben, dass diese Strategie den Weg für die Entwicklung kostengünstiger, effizienter und stabiler Perowskit-Solarzellen ebnen wird.“
