Stort steg närmre stabila högeffektiva perovskit-solceller

Solceller tillverkade av så kallade perovskiter närmar sig effektiviteten hos traditionella kiselsolceller. Dessutom är de billiga och energisnåla att tillverka. Men problemet har varit dålig materialstabilitet – något forskare vid bland annat Linköpings universitet nu har lyckats överkomma. Resultaten, publicerade i Science, är ett stort steg närmare nästa generations solceller.

– Våra resultat öppnar helt nya vägar för att utveckla effektiva och billiga solceller. Dessutom ger det en ny förståelse för hur dopning av organiska halvledare fungerar, säger Feng Gao, professor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi (IFM) vid Linköpings universitet.

Perovskit är en grupp kristalliknande material som har stor potential att bidra till att lösa världens energibrist. De är billiga att tillverka, har hög effektivitet och låg vikt. Men perovskit-solceller faller sönder snabbt vilket hindrar utvecklingen av en högeffektiv perovskit-solcell som dessutom är stabil över lång tid.

– Det verkar finnas en ”trade-off” mellan hög effekt och stabilitet hos perovskit-solceller. Om effekten är hög tenderar stabiliteten att bli låg och vice versa, säger Tiankai Zhang, postdoktor vid IFM och en av huvudförfattarna bakom artikeln som är publicerad i den vetenskapliga tidskriften Science.

För att solenergin ska omsättas till elenergi i perovskit-solceller behövs ofta ett eller fler så kallade laddningstransportlager som ligger bredvid perovskit-skiktet i solcellen. Laddningstransportlagret behöver dessutom hjälpmolekyler för att fungera som det är tänkt. Det kallas att materialet dopas.

Det dopade laddningstransportlager som kan alstra den högsta energin hos perovskit-solceller kallas Spiro-OMeTAD. Men dagens metod att dopa Spiro-OMeTAD är långsam och det är det som orsakar problemen med dålig stabilitet.

– Vi har nu lyckats eliminera den ”trade-off” som hindrat utvecklingen genom att använda oss av en ny metod att dopa Spiro-OMeTAD. Det gör det möjligt för oss att uppnå både hög effekt och god stabilitet, säger Tiankai Zhang.

Den andra huvudförfattaren till artikeln, Feng Wang, är biträdande universitetslektor vid IFM. Han menar att perovskit-solceller är väldigt mångsidiga vilket leder till många potentiella tillämpningsområden.

– Fördelen med perovskiter är att de är tunna vilket också gör dem lätta och flexibla. Dessutom kan de vara halvgenomskinliga. Det skulle exempelvis gå att sätta perovskit-solceller över stora fönsterrutor eller på byggnader där kiselsolceller blir för tunga, säger Feng Wang.

Studien finansierades av Vetenskapsrådet, ERC Starting grant, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse samt det strategiska forskningsområdet för avancerade funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet. Feng Gao är även Wallenberg Academy Fellow.

Artikeln: Ion-modulated radical doping of spiro-OMeTAD for more efficient and stable perovskite solar cells Tiankai Zhang, Feng Wang, Hak-Beom Kim, In-Woo Choi, Chuanfei Wang, Eunkyung Cho, Rafal Konefal, Yuttapoom Puttisong, Kosuke Terado, Libor Kobera, Mengyun Chen, Mei Yang, Sai Bai, Bowen Yang, Jiajia Suo, Shih-Chi Yang, Xianjie Liu, Fan Fu, Hiroyuki Yoshida, Weimin M. Chen, Jiri Brus, Veaceslav Coropceanu, Anders Hagfeldt, Jean-Luc Brédas, Mats Fahlman, Dong Suk Kim, Zhangjun Hu and Feng Gao, Science vol. 377 Issue 6605 publicerad online 28 juli 2022. DOI: 10.1126/science.abo2757

Kontakt

Feng Gao, professor, feng.gao@liu.se, 013-28 68 82