Rekordowe ogniwo tandemowe łączy dwie różne warstwy: dolną warstwę perowskitową o szerokiej przerwie energetycznej 1,88 eV i górną warstwę organiczną z wąską przerwą energetyczną 1,27 eV. Taka konstrukcja pozwala na skuteczne pochłanianie różnych długości fal światła – od ultrafioletu po podczerwień – maksymalizując efektywność wykorzystania energii słonecznej.
Czytaj też: Japończycy stworzyli wielowarstwowe perowskity. Ich zachowanie zaskakuje
Kluczowym elementem ogniwa jest zastosowanie innowacyjnej warstwy pasywacyjnej opartej na związku zwanym dijodkiem cykloheksano-1,4-diamoniowym (CyDAI2). Jej zadaniem jest redukcja defektów powierzchniowych i minimalizacja strat napięciowych na granicach warstw. Dzięki temu udało się nie tylko zwiększyć wydajność, ale także poprawić stabilność ogniwa, co jest szczególnie istotne w długoterminowej eksploatacji.
Rekordowe ogniwo tandemowe zdumiało naukowców
Perowskity stały się jednym z najbardziej obiecujących materiałów w rozwoju technologii ogniw tandemowych (TSC) w ostatnich latach. Dzięki unikalnym właściwościom, takim jak wysoka absorpcja światła, elastyczność w projektowaniu warstw oraz możliwość regulacji przerwy energetycznej, umożliwiają skuteczne przełamywanie ograniczeń tradycyjnych ogniw jednopołączeniowych. W tandemowych konstrukcjach TSC, warstwy perowskitowe łączone są z innymi materiałami, co pozwala na lepsze wykorzystanie szerokiego spektrum promieniowania słonecznego.
Czytaj też: Perowskity w zupełnie nowej roli. Singapurscy naukowcy dokonali fascynującego odkrycia
Jednak jednym z głównych wyzwań pozostają straty napięcia spowodowane rekombinacją ładunków w interfejsie między warstwą C60 a perowskitem. Zespół badawczy wprowadził nową warstwę pasywacyjną, która minimalizuje defekty materiałowe i zwiększa ogólną funkcjonalność ogniw.
Opracowane ogniwo składa się z kilku warstw zaawansowanych materiałów: podłoża szklanego, absorbera perowskitowego o przerwie energetycznej 1,88 eV, warstwy TCO (przezroczystego tlenku przewodzącego), warstwy pasywacyjnej, warstwy połączeniowej (ICL) i organicznego absorbera o przerwie energetycznej 1,27 eV.
Projekt uwzględnia także katodową warstwę pośrednią PDINN, poprawiającą interfejs między aktywną warstwą a elektrodą górną, oraz elektrodę srebrną zapewniającą przewodność elektryczną. Dodatkowo zastosowano pasywator powierzchniowy w postaci dijodku cykloheksano-1,4-diamoniowego (CyDAI2), który dzięki różnym właściwościom izomerycznym obniża straty napięcia i zwiększa wydajność ogniwa.
To osiągnięcie, opisane szczegółowo w czasopiśmie Nature, ustanawia nowy standard w technologii ogniw słonecznych i potwierdza potencjał tandemowych ogniw perowskitowo-organicznych jako efektywnego rozwiązania dla zrównoważonej energetyki przyszłości.