Die mesoporöse MoS₂-Strategie erhöht die Effizienz und Stabilität von Perowskit-Solarzellen

Effizienz und Leistung der Photovoltaik (PV) haben sich in den letzten Jahrzehnten erheblich verbessert, was zu einer zunehmenden Verbreitung von Solartechnologien geführt hat. Um die Leistung von Solarzellen weiter zu verbessern, haben Energieforscher auf der ganzen Welt alternative Designstrategien entwickelt und getestet, die unterschiedliche Materialien und Zellstrukturen nutzen.

Eine Klasse von Solarzellen, die nachweislich vielversprechende Ergebnisse liefert, sind solche, die auf hybriden organisch-anorganischen Perowskiten basieren, Materialien mit einer Vielzahl vorteilhafter Eigenschaften. Obwohl diese Zellen Wirkungsgrade von über 25 % erreicht haben, sind sie oft instabil und empfindlich gegenüber verschiedenen äußeren Reizen (z. B. UV-Licht und Sauerstoff), was ihren Einsatz in großem Maßstab behindert.

Forscher des Ulsan National Institute of Science and Technology, der Korea University und anderer Institute stellten kürzlich eine mögliche neue Strategie zur Verbesserung der Effizienz und Stabilität von Perowskit-Solarzellen vor. Diese Strategie wird in einem Artikel beschrieben, der in veröffentlicht wurde Natur-Nanotechnologiebeinhaltet die Verwendung von mesoporösem strukturiertem Molybdändisulfid (MoS).₂) als Elektronentransportschicht (ETL) in Perowskit-Solarzellen.

„Mesoporöse strukturierte Elektronentransportschichten (ETLs) in Perowskit-Solarzellen (PSCs) haben einen erhöhten Oberflächenkontakt mit der Perowskit-Schicht, was eine effiziente Ladungstrennung und -extraktion sowie eine leistungsstarke Geräteausbeute ermöglicht“, schrieben Donghwan Koo, Yunseong Choi und ihre Kollegen in ihrer Arbeit.

„Das am häufigsten verwendete ETL-Material in PSCs ist jedoch TiO₂erfordert eine Sintertemperatur über 500 °C und unterliegt einer photokatalytischen Reaktion unter einfallendem Licht, was die Betriebsstabilität einschränkt. Die jüngsten Bemühungen konzentrierten sich auf die Suche nach alternativen ETL-Materialien wie SnO₂“.

Aufbauend auf früheren Forschungsbemühungen machten sich Koo, Choi und ihre Kollegen daran, die Leistung von Perowskit-Solarzellen mithilfe mesoporöser strukturierter ETLs zu verbessern. Dies bedeutet im Wesentlichen, dass das für diese Schichten verwendete Material winzige Poren (mit einer Größe von 2 bis 50 nm) aufweist.

Sie verwendeten speziell mesoporöses MoS₂ein vielseitiges Material mit optoelektronischen Eigenschaften, das bereits zur Entwicklung von Batterien, Fotodetektoren, Leuchtdioden (LEDs) und anderen Technologien verwendet wurde. Die Forscher fanden heraus, dass die Einführung eines mesoporösen MoS₂ ETL hat Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von mehr als 25 % und guter Stabilität hergestellt.

„Das Mo.S.₂ Die Zwischenschicht vergrößert die Kontaktfläche mit der angrenzenden Perowskitschicht und verbessert dadurch die Ladungsübertragungsdynamik zwischen den beiden Schichten“, schrieben Koo, Choi und Kollegen.

„Darüber hinaus ist die Angemessenheit zwischen den MoS₂ und Perowskit-Netzwerke ermöglichen im Vergleich zu TiO ein bevorzugtes Wachstum von Perowskit-Kristallen mit geringer Eigenspannung₂. Verwendung von mesoporösem strukturiertem MoS₂ Als ETL erhalten wir Perowskit-Solarzellen mit 25,7 % (0,08 cm).²zertifiziert 25,4%) und 22,4% (1,00 cm).²) Effizienzsteigerungen.“

In ersten Tests erzielten die Solarzellen des Teams sehr vielversprechende Ergebnisse und schnitten im Vergleich zu Solarzellen mit TiO positiv ab₂ ETL. Insbesondere Perowskit-Solarzellen mit mesoporösem MoS₂ Es wurde außerdem festgestellt, dass sie ihre Stabilität und 90 % ihres anfänglichen Leistungsumwandlungswirkungsgrads (PCE) beibehielten, nachdem sie über 2.000 Stunden lang unter kontinuierlicher Beleuchtung betrieben wurden.

Diese ermutigenden Ergebnisse könnten zukünftige Bemühungen zur Verbesserung der Effizienz und Stabilität organisch-anorganischer Perowskit-Solarzellen durch die Einführung von mesoporösem strukturiertem MoS beeinflussen.₂ Schicht. Diese Bemühungen könnten dazu beitragen, die Leistung von Perowskit-Solarzellen auf das Niveau der siliziumbasierten Photovoltaik zu bringen und so zu ihrem künftigen Einsatz in großem Maßstab beizutragen.

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