Zespół naukowców z Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego Króla Abdullaha w Arabii Saudyjskiej (KAUST) opublikował w periodyku ACS Energy Letters wyniki swoich badań nad ogniwami perowskitowymi opartymi na zupełnie nowej warstwie transportującej jony (ITO). Zamiast klasycznych rozwiązań wykorzystali oni tzw. samoorganizujące się monowarstwy (ang. self-assembled monolayers, SAM).
Czytaj też: Fotowoltaiczny rekord ustanowiony. Te ogniwa w nietypowy sposób pochłaniają światło
Dla świata nauki i badaczy zajmujących fotoelektrochemią SAM nie są niczym nowym. Od jakiegoś czasu upatruje się w nich następcę dla tradycyjnych warstw transportujących ładunek elektryczny. Cząsteczki SAM oparte na kwasie fosfonowym (kwasie tlenowym, gdzie fosfor jest na III stopniu utlenienia) szczególnie często pojawiają na ustach naukowców.
Moduł fotowoltaiczny oparty na związkach organicznych. Jakich konkretnie?
Eksperci z KAUST wykorzystali do swoich badań szereg różnych samoorganizujących się monowarstw, które zostały już wcześniej zaprojektowane i zsyntezowane przez uczonych z Politechniki Kowieńskiej (Litwa). Przypuszczano, że mogą one dobrze sprawdzić się w perowskitowych ogniwach słonecznych o strukturze p-i-n.
Czytaj też: Niemiecki fotowoltaiczny “bliźniak” przejmuje władzę w branży
Jeśli mowa o konkretnych związkach, to naukowcy wybrali dokładnie dwa niefulerenowe, organiczne półprzewodniki zbudowane z antrachinonu (AQ) i naftalenodiimidu (NDI), które zmodyfikowano, dodając właśnie kwas fosfonowy (PA), i nazwano odpowiednio PAAQ i PANDI. Były to związki dopasowane energetycznie do perowskitu i umożliwiające tworzenie się wiązań kowalencyjnych z tlenkiem indu i cyny.
Reszta struktury testowego modułu fotowoltaicznego była standardowa. Absorber składał się ze związku o strukturze perowskitu, a warstwa transportująca dziury była na bazie SpiroOMeTAD. Do tego osadzono warstwę z tlenku molibdenu i styk zewnętrzny na bazie srebra. Całość ogniwa (a zwłaszcza cząsteczek SAM) była stabilna termicznie i wagowo, co wykazała analiza termograwimetryczna.
Przeprowadzone eksperymenty z prototypowym modułem wykazały, że wydajność urządzenia osiąga wartość 21,5 proc. Jest to najwyższy wynik dla tego typu ogniw z organiczną warstwą transportującą elektrony. Ponadto moduł uzyskał napięcie jałowe 1,13 V, gęstość prądu zwarciowego 24,7 mA/cm2 i współczynnik wypełnienia 77 proc. Stabilność operacyjna również była na wysokim poziomie. Po 1000 godzinach działania w temperaturze 65 st. C urządzenie zachowało 90 proc. swojej początkowej wydajności.
Czytaj też: Fotowoltaiczny stół z powyłamywanymi nogami. Panele bez nóg rozłożono na trawie
Co dla nas może oznaczać najnowszy fotowoltaiczny wynalazek z Arabii Saudyjskiej? Przede wszystkim nie jest to pierwsze ważniejsze naukowe osiągnięcie uczonych z KAUST. Do tej pory w przypadku tandemowych i perowskitowych ogniw udawało się im projektować wyjątkowo stabilne i mocne urządzenia. W tym przypadku również można mówić o dużym sukcesie, ponieważ stworzono moduł o zmodyfikowanej perowskitowej strukturze, która sprawia, że urządzenie jest najwydajniejsze w historii badań. Możemy być pewni, że ten wynalazek nie będzie ostatnim słowem badaczy z Bliskiego Wschodu.
