Bestehende Perowskit-Solarzellen, die das Problem haben, dass sie etwa 52 % der gesamten Sonnenenergie nicht nutzen können, wurden von einem koreanischen Forschungsteam als innovative Technologie weiterentwickelt, die die Nahinfrarot-Lichtaufnahmeleistung maximiert und gleichzeitig die Energieumwandlungseffizienz deutlich verbessert. Dies erhöht die Möglichkeit der Kommerzialisierung von Solarzellen der nächsten Generation erheblich und dürfte zu wichtigen technologischen Fortschritten auf dem globalen Solarzellenmarkt beitragen.
Das Forschungsteam um Professor Jung-Yong Lee von der School of Electrical Engineering am KAIST (Präsident Kwang-Hyung Lee) und Professor Woojae Kim vom Department of Chemistry der Yonsei University gab am 31. Oktober bekannt, dass sie eine hocheffiziente und hochstabile Technologie zur Herstellung organisch-anorganischer Hybrid-Solarzellen entwickelt haben, die die Erfassung von Nahinfrarotlicht über den bestehenden sichtbaren Lichtbereich hinaus maximiert.
Das Forschungsteam hat eine hybride Gerätestruktur der nächsten Generation mit organischen Fotohalbleitern vorgeschlagen und weiterentwickelt. Diese ergänzt die auf die Absorption von sichtbarem Licht beschränkten Perowskitmaterialien und erweitert den Absorptionsbereich bis in den nahen Infrarotbereich.
Darüber hinaus deckten sie das elektronische Strukturproblem auf, das hauptsächlich in der Struktur auftritt, und kündigten ein Hochleistungs-Solarzellengerät an, das dieses Problem durch die Einführung einer Dipolschicht* dramatisch löste.
Bei bestehenden bleibasierten Perowskit-Solarzellen besteht das Problem, dass ihr Absorptionsspektrum auf den sichtbaren Lichtbereich mit einer Wellenlänge von 850 Nanometern (nm) oder weniger beschränkt ist. Dadurch können sie etwa 52 % der gesamten Sonnenenergie nicht nutzen.
Um dieses Problem zu lösen, entwickelte das Forschungsteam ein Hybridgerät, das eine organische Bulk-Heterojunction (BHJ) mit Perowskit kombinierte und eine Solarzelle implementierte, die bis in den Nahinfrarotbereich absorbieren kann.
Insbesondere gelang es ihnen durch die Einführung einer subnanometergroßen Dipol-Grenzflächenschicht, die Energiebarriere zwischen dem Perowskit und der organischen Bulk-Heterojunction (BHJ) zu verringern, die Ladungsakkumulation zu unterdrücken, den Beitrag zum Nahinfrarot zu maximieren und die Stromdichte (JSC) auf 4,9 mA/cm² zu verbessern.
Der wichtigste Erfolg dieser Studie ist, dass die Leistungsumwandlungseffizienz (PCE) des Hybridgeräts deutlich von 20,4 % auf 24,0 % gesteigert werden konnte. Insbesondere wurde in dieser Studie im Vergleich zu früheren Studien eine hohe interne Quanteneffizienz (IQE) erreicht, die im Nahinfrarotbereich 78 % erreichte.
Darüber hinaus wies dieses Gerät eine hohe Stabilität auf und lieferte hervorragende Ergebnisse, indem es selbst unter extremen Feuchtigkeitsbedingungen über 800 Stunden lang mehr als 80 % der anfänglichen Effizienz bei der maximalen Ausgangsleistung aufrechterhielt.
Paper Title: Suppressing Hole Accumulation Through Sub-Nanometer Dipole Interfaces in Hybrid Perovskite/Organic Solar Cells for Boosting Near-Infrared Photon Harvesting
Author: Min-Ho Lee, Min Seok Kim, Yu Jin Lee, Byeongsu Kim, Ju-Hyeon Kim, Chungryeol Lee, Jihyung Lee, Dong-Jun Kim, Hyunseok Ko, Masoud Darvish Ganji, Kwanghee Lee, Woojae Kim and Jung-Yong Lee
DOI: 10.1002/adma.202411015
Journal: Advanced Materials
