Perovskitt solceller (English perovskite solar cells, PSC) er en av de raskest voksende solcelleteknologiene i verden. Slike elementer er tynne lag, lette og kan være fleksible, laget av rimelige materialer. Solceller av denne typen står imidlertid fortsatt overfor et stort problem – den ganske raske nedbrytningen av perovskitt når de utsettes for atmosfæriske forhold, så det letes etter måter å løse dette problemet på.

Passivering er en enkel, men veldig effektiv måte å forbedre stabiliteten til perovskittsolceller og regnes for tiden som den viktigste metoden for å eliminere defekter av perovskittmaterialer og deres negative påvirkning. Den passiverte overflaten av perovskitten blir mer motstandsdyktig mot miljøpåvirkninger, som temperatur eller fuktighet, og mer stabil – forlenger driften av enheten.

Materialer utviklet av KTU har blitt brukt i mini solcellemoduler

En gruppe kjemikere fra Kaunas teknologiske universitet (KTU) sammen med forskere fra kinesiske, italienske, litauiske, sveitsiske og luxembourgske forskningssentre har forbedret stabiliteten til perovskittsolceller betydelig ved hjelp av passiveringsmetoden. Under passivering blir perovskittoverflaten kjemisk inaktiv, og fjerner dermed effektivt perovskittdefekter som oppsto under produksjonen. Overflaten av perovskittlaget til rekord-mini solcellemodulene ble belagt med materialer utviklet av KTU-kjemikere.

«Passivering har vært brukt før, men til nå har passivering dannet et todimensjonalt (2D) perovskittlag på toppen av en tradisjonell tredimensjonal (3D) perovskittlysabsorber, som hindrer bevegelsen av ladningsbærere, spesielt ved høyere temperaturer. Det er veldig viktig å unngå dette, fordi solceller varmes opp betraktelig», sier en av forfatterne av oppfinnelsen, KTU-sjefforsker dr. Kaspars Rakshtys.

For å overvinne dette problemet, gjennomførte et internasjonalt team av forskere en studie som estimerte minimumsenergien som kreves for å danne 2D perovskitter. Overflaten til 3D-perovskittlaget ble passivert med forskjellige fenylendietylammoniumjodid-isomerer syntetisert av KTU, som har samme molekylformel, men atomene deres er ordnet annerledes i rommet, noe som bestemmer muligheten for perovskittdannelse 2D.

«Studien viste seg å være svært effektiv for å forhindre de negative effektene av passivering på solceller. Det ble funnet at den mest effektive passiveringen er preget av isomeren der passiveringssentrene er plassert nærmest hverandre. Dette kompliserer dannelsen av 2D perovskitter på grunn av sterisk interferens. Det er interessant at romlig interferens også brukes på andre felt som et verktøy for å unngå uønskede reaksjoner eller for å bremse dem», forklarer forskeren ved KTU.

Litauiske etternavn i den prestisjetunge vitenskapelige publikasjonen

Den vitenskapelige artikkelen som kunngjør forskningen ble publisert i et av de mest prestisjefylte vitenskapelige tidsskriftene i verden.»Naturkommunikasjon«.

For tiden utvikler KTU-forskere funksjonelle hullbærende materialer og nye perovskittsammensetninger i samarbeid med kolleger i utlandet. «Internasjonalt vitenskapelig samarbeid er spesielt viktig, det er umulig å dekke alle områder når man jobber i en slik tverrfaglig sfære, hvor det kreves kunnskap om både kjemi, fysikk og materialvitenskap», sier K. Rakštys, som etter fullførte masterstudier i Applied Kjemi ved KTU valgte doktorgradsstudier i Sveits, gjorde deretter praksis i Australia og jobber for tiden på KTU igjen.

«Etter å ha tilbrakt mer enn 6 år i prestisjetunge utenlandske vitenskapelige institusjoner, bestemte jeg meg for at jeg kunne implementere mine vitenskapelige ideer i Litauen og dermed bidra til vellykket vekst og popularisering av litauisk vitenskap. Jeg tror at det å jobbe i hans eget land kan gi mer mening, inspirasjon og oppfyllelse. Den økonomiske støtten gitt av MJJ Foundation har i stor grad bidratt til denne beslutningen.»

«Vi syntetiserer, tester og tar sikte på å tilpasse nye materialer for produksjon av mer effektive og stabile solceller. Dette feltet er veldig attraktivt fordi perovskittsolceller i dag er en av de raskest voksende teknologiene, og deres vellykkede kommersialisering kan bidra til løsninger på klimaet. endre, sier K. Rakštys, forsker ved KTU.

Det var ikke den første oppfinnelsen av KTU-forskere som ga Litauen verdensrekord. KTU-kjemikere og fysikere ved Helmholtz-Zentrum (HZB) forskningsinstituttet i Berlin har forbedret effektiviteten til silisium-perovskitt-tandemsolceller, som for tiden står på 29,8 %. – dette er verdensrekord for denne typen elementer.

Kilde: Cheng Liu, Yi Yang, Kasparas Rakstys, Arup Mahata, Marius Franckevicius, Edoardo Mosconi, Raminta Skackauskaite, Bin Ding, Keith G. Brooks, Onovbaramwen Jennifer Usiobo, Jean-Nicolas Audinot, Hiroyuki Kanda, Simonas Driukas, Gabriele Kavaliauska Gulite, Vidmantasska Gulite. Marc Dessimoz, Vytautas Getautis, Filippo De Angelis, Yong Ding, Songyuan Dai, Paul J. Dyson og Mohammad Khaja Nazeeruddin. Tuning av fenylendiammonium strukturelle isomerer for å oppnå effektive og stabile perovskitt solceller og moduler. Nat Common, 12, 6394, (2021).

https://www.nature.com/articles/s41467-021-26754-2