Sydkoreanska forskare vid UNIST (Ulsan National Institute of Science and Technology) under ledning av professor Sung-Yeon Jang har gjort ett banbrytande genombrott inom solenergiteknik. De har utvecklat världens mest effektiva kvantprick (QD) solcell, vilket utgör ett viktigt steg mot kommersialiseringen av nästa generations solceller.
Genom att använda en ny ligandutbytesmetod har teamet skapat organiska katjonbaserade perovskit kvantprickar (PQDs) som visar enastående stabilitet och effektivitet, samtidigt som interna defekter i solcellernas fotoaktiva skikt minskas.
Detta nya tillvägagångssätt har lett till en imponerande effektivitet på 18,1% i QD-solceller, den högsta effektiviteten som uppmätts för kvantprick-solceller och erkänts av det amerikanska National Renewable Energy Laboratory (NREL).
Enastående fotoelektriska egenskaper
QDs är halvledande nanokristaller som kan anpassa sina fotoelektriska egenskaper baserat på partikelstorlek. Denna teknologi har dragit till sig ett ökat intresse efter att tre forskare som upptäckte och utvecklade QDs tilldelades Nobelpriset i kemi förra året. Fördelen med PQDs är deras enastående fotoelektriska egenskaper och att de kan tillverkas genom enkel sprutning eller applicering på ett lösningsmedel, vilket undviker behovet av en substrattillväxtprocess och möjliggör högkvalitativ produktion under olika tillverkningsförhållanden.
Molekyl binds till ytan
Utmaningen med att använda QDs i solceller har varit att minska avståndet mellan dem genom ligandutbyte, en process där en stor molekyl binds till ytan av en QD. Tidigare har organiska PQDs stött på hinder såsom kristall- och ytfel under substitutionsprocessen, vilket begränsat effektiviteten till 16% för inorganiska PQDs som använts i solcellsmaterial.
Forskargruppen använde en strategi baserad på alkylammoniumjodid för ligandutbyte, vilket effektivt byter ut ligander för organiska PQDs med utmärkt solanvändning. Detta ledde till en fotoaktiv skikt av QDs för solceller med hög substitutionsverkningsgrad och kontrollerade defekter.
Effektiviteten för organiska PQDs har tack vare denna teknik ökats betydligt från 13% till 18,1%, med solceller som visar enastående stabilitet och behåller sin prestanda även efter långvarig lagring på över två år. De nyutvecklade organiska PQD-solcellerna uppvisar därmed både hög effektivitet och stabilitet.
Utmaningar kopplade till organiska PQDs
- Föregående forskning på QD-solceller har mest använt inorganiska PQDs, sa Sang-Hak Lee, försteförfattare till studien. - Genom denna studie har vi visat potentialen genom att ta itu med utmaningarna kopplade till organiska PQDs.
Denna forskning, som kan revolutionera fältet för materialforskning av QD-solceller, har publicerats i Nature Energy den 27 januari 2024. Studien har genomförts med stöd från det koreanska forskningsrådet NRF under ministeriet för vetenskap och IKT, samt genom det 'Globala grundforskningslaboratorieprojektet'.
Källor: Science Daily, Ulsan National Institute of Science and Technology)