Ett tyskt forskarlag har utvecklat en så kallad tandemsolcell som når 24 procents verkningsgrad - mätt enligt andelen fotoner som omvandlas till elektricitet (dvs elektroner).
Detta sätter ett nytt världsrekord i form av högsta effektivitet som har uppnåtts hittills med denna kombination av organiska och perovskitbaserade absorbatorer.
Teamarbete
Solcellen har utvecklats av professor Dr Thomas Riedls grupp vid universitetet i Wuppertal tillsammans med forskare från Institutet för fysikalisk kemi vid universitetet i Köln och andra projektpartners från universiteten i Potsdam och Tübingen samt Helmholtz-Zentrum Berlin och Max-Planck-Institut für Eisenforschng i Düsseldorf.
Resultaten har publicerats i tidskriften Nature under titeln "Perovskite/organic tandem solar cells with indium oxide interconnect."
Konventionella solcellsteknologier är till övervägande del baserade på halvledarkisel och anses nu vara "så bra som det kan bli".
Betydande förbättringar av deras effektivitet - dvs mer watt elektrisk effekt per insamlad watt solstrålning - kan knappast vara möjligt.
Det gör det desto mer nödvändigt att utveckla ny solenergiteknik som kan ge ett avgörande bidrag till energiomställningen. Två sådana alternativa absorbatormaterial har kombinerats i detta arbete.
Utmärkta halvledande egenskaper.
Teamet använde sig av organiska halvledare som är kolbaserade föreningar som kan leda elektricitet under vissa förutsättningar. Dessa parades med en perovskit, baserad på en bly-halogenförening, med utmärkta halvledande egenskaper.
Båda dessa teknologier kräver betydligt mindre material och energi för sin produktion jämfört med konventionella kiselceller, vilket gör det möjligt att göra solceller ännu mer hållbara.
Eftersom solljus består av olika spektrala komponenter, det vill säga färger, måste effektiva solceller omvandla så mycket av detta solljus som möjligt till elektricitet.
Tandemceller
Detta kan uppnås med så kallade tandemceller, där olika halvledarmaterial kombineras i solcellen, som var och en absorberar olika områden av solspektrumet.
I den aktuella studien användes de organiska halvledarna för de ultravioletta och synliga delarna av ljuset, medan perovskiten effektivt kan absorbera i den nära-infraröda delen.
Liknande kombinationer av material har redan utforskats tidigare, men nu har denna tyska forskargrupp lyckats öka cellens prestanda avsevärt.
Vid starten av projektet hade världens bästa perovskit/organiska tandemceller en effektivitet på cirka 20 procent. Under ledning av universitetet i Wuppertal kunde forskarna i Köln, tillsammans med de andra projektpartnerna, öka detta värde till hittills oöverträffade 24 procent.
-För att uppnå en så hög effektivitet måste förlusterna vid gränssnitten mellan materialen i solcellerna minimeras, säger Dr Selina Olthof vid Kölnuniversitets institut för fysikalisk kemi.
-För att lösa detta problem utvecklade gruppen i Wuppertal en så kallad ”interconnect” som kopplar ihop den organiska subcellen och perovskite subcellen elektroniskt och optiskt.
Nyckelroll
Inom ramen av denna sammankoppling integrerades ett tunt lager indiumoxid i solcellen med en tjocklek på bara 1,5 nanometer för att hålla förlusterna så låga som möjligt.
Forskarna i Köln spelade en nyckelroll när det gällde att bedöma de energetiska och elektriska egenskaperna hos gränssnitten och sammankopplingen för att kunna identifiera förlustprocesser och ytterligare optimera komponenterna.
Simuleringar av gruppen i Wuppertal visade att tandemceller med en effektivitet på mer än 30 procent skulle kunna uppnås i framtiden med detta tillvägagångssätt.
Källa: Kölns universitet.
