冲绳科学技术研究生院(OIST)的研究人员已经消除了开发中下一代太阳能电池顶层的问题针孔。同时，它们显着改善了太阳能电池的寿命并使其更薄。该研究结果最近发表在科学报告中。
由Yabing Qi教授领导的OIST能源材料和表面科学部门确定的针孔在今年早些时候的材料化学中有所描述。太阳能电池顶层中的针孔(称为空穴传输层)被认为是钙钛矿太阳能电池快速降解的关键原因。世界各地的研究人员正在研究钙钛矿这种人造有机 - 无机杂化材料作为硅基太阳能电池替代品的潜力。
“针孔是一个非常关键的问题，因为它是水和氧气侵蚀钙钛矿材料的途径，钙钛矿材料是将太阳光转化为能量的活性层，”OIST的工作人员科学家和这项工作的第一作者Min-Cherl Jung说。“在空穴传输层中没有针孔，钙钛矿受到保护，使用寿命得到改善。”
研究人员通过使用不同的方法来创建太阳能电池的顶层来消除针孔，太阳能电池的顶层由一种名为spiro-OMeTAD的材料制成。不是将螺-OMeTAD粉末溶解在溶液中然后将其旋涂到钙钛矿上，而是将它们在真空室中蒸发，并将螺-OMeTAD分子沉积在太阳能电池上。
为了形成该层，将太阳能电池倒置在真空室的天花板上。随着spiro-OMeTAD被加热，它蒸发并且气体分子粘附在钙钛矿上，形成均匀的层 - 就像雪覆盖地面时一样。基本上，螺-OMeTAD分子正在下雪，但是上升而不是下降。
“真空蒸发使我们能够更精确地控制沉积速率，从而控制该层的厚度，”Jung说。“我们能够将太阳能电池的厚度从200纳米减少到70纳米。”
该方法还使团队能够精确控制添加其他成分的方式和时间，使其更具导电性。结果再次显着改善 - 它们可以精细地调整该层的能级以与其下面的层紧密匹配，这使得在太阳能电池电路周围带有正电荷的“空穴”的移动更加容易。
“顶层和钙钛矿材料之间的差异非常小，这意味着我们可以获得更高的能效，”Jung说。
蒸发方法还产生了更持久的太阳能电池。之前，细胞将在几天后失去将阳光有效转化为电能的能力。现在，他们的效率仍然高达35天以上。
虽然比传统的硅基太阳能电池便宜，但基于蒸发的钙钛矿太阳能电池比旋涂电池更昂贵。该团队正在努力确定如何在成本和效率之间取得平衡，并希望找到一种方法来使用解决方案处理而不会产生针孔。