Hedeflenen Molekül Tasarımı Başarıya Yol Açtı

Perovskit yarı iletkenler, güneş hücrelerinde kullanım için heyecan verici yeni bir malzemedir. Son derece ince ve esnektirler, üretimi kolay ve ucuzdur ve oldukça verimlidirler. Ancak, perovskit güneş hücrelerinin geniş ölçekte pazarlanabilmesi için aşılması gereken iki engel vardır: birincisi, henüz onlarca yıl boyunca kararlı değillerdir ve ikincisi, en güçlü perovskit malzemeler kurşun içerir. HZB'de araştırılan ilginç ve toksik olmayan bir alternatif, kurşun içeren benzerlerinden potansiyel olarak daha kararlı olan kalay perovskit güneş hücreleridir. Özel elektro-optik özellikleri sayesinde, özellikle tandem ve üçlü güneş hücreleri için uygundurlar. Bununla birlikte, kalay perovskit güneş hücreleri, kurşun bazlı perovskitlerin yüksek verimliliğine ulaşmaktan henüz çok uzaktır.

Kalay Perovskitlerdeki SAM'ler

Mevcut kalay perovskit güneş hücrelerinde, en alt temas katmanı PEDOT:PSS kullanılarak üretilir. Bu, zahmetli bir işlem olmasının yanı sıra kayıplara da yol açar. Ancak kurşun perovskitlerde, PEDOT:PSS katmanı daha zarif bir çözümle değiştirilebilir: yeni rekor verimliliklere bile yol açmış olan kendi kendini organize eden tek katmanlar (SAM'ler).

Şimdiye kadar, kalay perovskitlerinde MeO-2PACz bileşiğine dayalı SAM'lerle yapılan deneyler, PEDOT:PSS'ye kıyasla daha zayıf sonuçlar vermiştir. Bununla birlikte, baş araştırmacı Dr. Artem Musiienko, SAM'lerin kalay perovskitlerinde de avantajlar sunabileceğine ikna olmuştur.

Ortaklarıyla birlikte, kalay perovskit için bir temas katmanı olarak MeO-2PACz kullanımıyla ilgili olası sorunları analiz ettiler. Yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamaları, ortaya çıkan arayüzün bitişik perovskit kafesle iyi hizalanmadığını ve bunun da önemli kayıplara yol açtığını ortaya koydu.

Fenotiyazin: Daha İyi Bir Uyum

Bu nedenle ekip, daha iyi bir uyum sağlayacak alternatif kendiliğinden birleşen tek tabaka (SAM) molekülleri aradı. Kükürt içeren fonksiyonel bir grup olan ve Th-2EPT olarak kısaltılan fenotiyazin keşfettiler. Litvanya'daki Kaunas Teknoloji Üniversitesi'nden Dr. Tadas Malinauskas ve Mantas Marčinskas yeni bileşiği sentezledi. PEDOT ile karşılaştırıldığında, Th-2EPT, daha küçük taneciklere sahip olsa da benzer kristalliğe sahip perovskit filmlerin oluşumunu mümkün kılıyor. Th-2EPT'den yapılmış bir SAM'e sahip kalay perovskit güneş hücreleri, PEDOT veya MeO-2PACz ile yapılmış kontrol hücrelerinden daha iyi performans gösteriyor. Th-2EPT, rekombinasyon kayıplarını en aza indiren olağanüstü iyi bir arayüz sağlıyor.

Artem Musiienko, "Kalay perovskit fotovoltaiklerinin performansının, hedefli ve rasyonel moleküler tasarımla önemli ölçüde artırılabileceğini gösterdik," diyor. Th-2EPT içeren yeni kalay perovskit güneş hücreleri %8,2 verimlilik sağlıyor. Bu sonuçlar, kalay perovskit arayüzlerinde daha fazla iyileştirme için zemin hazırlayarak, saf kalay perovskit tandem güneş hücrelerinin geliştirilmesinin önünü açıyor. Makalenin ilk yazarlarından Valerio Stacchini, "Daha yüksek performansın, yeni SAM üzerinde yetiştirilen perovskitin mükemmel optoelektronik kalitesinden kaynaklandığını kanıtlıyoruz," diyor.

KAYNAK: https://www.chemeurope.com/en/news/1186878/self-assembling-monolayer-can-improve-lead-free-perovskite-solar-cells-too.html