de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der Hongkonger Universität für Wissenschaft und Technologie hat eine vollständig PEDOT:PSS-freie Vollperowskit-Tandemsolarzelle entwickelt. Durch den Einsatz einer Phenothiazin-funktionalisierten Phosphonsäure-Monoschicht als Lochtransportschicht wurde ein Wirkungsgrad von 29,1 % erzielt. PEDOT:PSS, eine leitfähige Polymermischung, wird aufgrund seiner hohen Transparenz, guten Lochleitfähigkeit und geeigneten Austrittsarbeit häufig als Lochtransportschicht verwendet. Seine Säure- und Feuchtigkeitsempfindlichkeit kann jedoch in Tandemsolarzellen die empfindlichen Perowskitschichten abbauen und die Langzeiteffizienz sowie Betriebsstabilität beeinträchtigen.
Um diese Herausforderung zu bewältigen, deckte das Forschungsteam mithilfe von In-situ-Charakterisierung auf, dass PEDOT:PSS in Zinn-Blei-gemischten Perowskit-Dünnschichten einen instabilen Kristallisationspfad induziert. Es ersetzte PEDOT:PSS durch eine selbstorganisierte Phenothiazin-funktionalisierte Monoschicht (abgekürzt 4PAPT). Im Vergleich zu PEDOT:PSS ermöglicht 4PAPT eine schnellere, direktere und gleichmäßigere Perowskit-Kristallisation, unterdrückt die Bildung der Zinniodid-Dimethylsulfoxid (SnI₂–DMSO)-Zwischenphase, verbessert die Kristallorientierung und Grenzflächenstabilität, reduziert die Defektdichte und verbessert den Ladungsträgertransport.
Die von diesem Team entwickelte Zweiklemmen-Monolith-Vollperowskit-Tandemsolarzelle verwendet eine auf Indiumzinnoxid (ITO)-Transparentelektroden gestapelte Bauelementarchitektur. Die untere Zelle umfasst eine Breitbandlücken (WBG)-Perowskit-Absorptionsschicht, die über eine Carbazol-basierte Naphthalinderivat (CbzNaph)-Lochauswahlschicht verbunden ist, gefolgt von einer Fulleren (C60)-Elektronentransportschicht, einer Atomlagenabscheidung von Zinndioxid (ALD-SnO₂) als Verbindungsschicht und einer Gold (Au)-Elektrode. Die obere Zelle verwendet 4PAPT als Lochtransportgrenzfläche, kombiniert mit einer Schmalbandlücken (NBG)-Perowskit-Absorptionsschicht, einer C60-Elektronentransportschicht, einer Bathocuproin (BCP)-Exzitonenblockierschicht und einer Silber (Ag)-Rückelektrode. Die auf 4PAPT basierende Schmalbandlücken-Einzelzelle erreicht einen Wirkungsgrad von 23,2 %, während die PEDOT:PSS-freie Vollperowskit-Tandemsolarzelle einen Wirkungsgrad von 29,1 % erzielt, dem derzeit höchsten Wert seiner Art. Nach 800 Stunden Maximum-Power-Point-Tracking unter simulierter Sonneneinstrahlung bei etwa 40 °C behielt die verkapselte Vorrichtung 90 % ihres ursprünglichen Wirkungsgrads.
Der korrespondierende Autor der Studie, Fengzhu Li, wies darauf hin, dass die molekulare Grenzflächenstrategie eine Effizienzsteigerung der Schmalbandlücken-Einzelzelle ermöglichte und diese Strategie auf Tandemsolarzellen ausgeweitet wurde. Mitautor Yen-Hung Lin betonte, dass die Instabilität von PEDOT:PSS nicht nur ein Materialproblem sei, sondern auch die Bildung der Perowskit-Dünnschicht an der vergrabenen Grenzfläche beeinflusse. Durch den Ersatz mit molekular gestalteten selbstorganisierten Monoschichten könne die Kristallisation von Anfang an kontrolliert werden. Die Studie wurde im Journal Joule veröffentlicht, mit dem Titel „Interface-mediated crystallization enables PEDOT:PSS-free all-perovskite tandems with 29.1% efficiency and enhanced durability".
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