A perovszkit napelemeket sokan a következő generációs fotovoltaikus technológiaként tartják számon, de ezek a rendszerek még nem elég stabilak ahhoz, hogy hosszú távon és széles körben használja őket a világ. A kutatók szerint ennek egyik oka a vándorló ionok jelenléte, amelyek idővel rontják a félvezető anyagot.
A Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) és a Potsdami Egyetem csapata négy, gyakran használt perovszkit-vegyület ionsűrűségét vizsgálta meg, és jelentős eltéréseket azonosított. Az alternatív oldószerrel előállított ón-perovszkit félvezetők különösen alacsony ionsűrűséget mutattak, mindössze tizedannyit, mint az ólomalapú anyagok.
A tudósok több mint tíz éve vizsgálják az ún. „organometallikus perovszkit félvezetők” fotovoltaikus felhasználásának lehetőségeit. A figyelmük többnyire az ólmot tartalmazó perovszkitokra irányult.
Az ilyen napelemek hatékonysága jelentősen nőtt: négyről 27 százalékra, ami szép, de a megoldással vannak gondok: az ólom mérgező nehézfém, a félvezető hosszú távú stabilitása pedig nem megfelelő.
És ez esetben a „jelenlegi” szó hangsúlyos, hiszen Artem Musiienko, a HZB egyik kutatócsoportjának vezetője szerint „az ónalapú perovszkit napelemek elméletben még az ólomalapúak hatékonyságát is felülmúlhatják.”
Az ón-perovszkit a jövő egyik napelem-alternatívája
A HZB új tanulmánya olyan eredményeket mutat be, amelyek alapján érdemes több figyelmet fordítani az ón-perovszkit összetételre. A perovszkit napelemek stabilitását eddig főként a mozgó halogenid-ionok jelenléte befolyásolta, amelyek vándorlása során az anyag romlani kezd, és a napelemek hatékonysága csökken.
Musiienko csapata viszont Antonio Abate tudósaival és a Felix Lang vezette potsdami kutatócsoporttal közösen új eredményeket tudott felmutatni. Négy, a területen jelentősnek számító perovszkit-összetételt elemeztek, és számszerűen mérték az ionsűrűséget, valamint az ionok vándorlását.
Az ón-perovszkit anyagokat a HZB Hysprint laboratóriumában készítették. Az egyik változat dimetil-szulfoxid (DMSO), a másik pedig DMF–DMI oldószer használatával készült. A kutatók ezzel a megközelítéssel azt kívánták bemutatni, hogy az alternatív oldószerrel el lehet kerülni az ón oxidációját, amelyet a DMSO erős koordinációja idéz elő. Ezt egyébként korábbi vizsgálatok is jelezték.
Jelentős különbségek az ionsűrűségben
A kutatók megállapították, hogy az ólomalapú perovszkit mutatta a legnagyobb ionsűrűséget, amelynek értéke az ólom–ón keverékben és az ón-perovszkitban valamivel alacsonyabb volt.
„Ez igazán váratlan volt: ezeknek a napelemeknek tízszer kevesebb mozgó ionjuk van, mint az ólomalapú napelemeknek. Azt is megállapítottuk, hogy kiváló stabilitást mutattak a több mint 600 órányi működés alatt” – árulta el Shengnan Zuo, Musiienko csapatának doktorandusza.
„Meggyőződésünk, hogy az ónalapú perovszkitok hatalmas lehetőséget rejtenek, és nagyon is érdemes vizsgálni őket. Jó esély van rá, hogy jelentősen növeljük a hatékonyságukat és a stabilitásukat, így a tanulmányunk utat nyit az innovatív, stabil vékonyrétegű napelemek fejlesztése felé, amelyekben el tudjuk nyomni az ionvándorlást” – foglalta össze a kutatásvezető.
Címlapkép: Michael Setzpfandt / HZB
