Forskare från Lunds universitet har lyckats skapa en ny konstruktion av det lovande solcellsmaterialet perovskit. Studien visar att solcellerna får en högre verkningsgrad tack vare att materialet självorganiserar sig på högkant.

Illustrationen visar plattor av perovskit, sedda från sidan. Det färgade mönstret föreställer perovskit och de grå linjerna symboliserar de vattenavvisande ytorna.

Den aktuella forskningsstudien handlar om perovskit, ett nytt och lovande material i solcellsammanhang. I vanlig form är dock materialet mycket vattenkänsligt. Det löses helt enkelt upp i kontakt med vatten. Även vanlig luftfuktighet påverkar materialets kapacitet inom loppet av timmar och minuter. Men nu verkar forskarna ha kommit förbi det problemet.
– Vi har lyckats tillverka tunna blad med vattenavvisande ytor så att det hela blir mycket stabilare, säger Tönu Pullerits, professor i kemisk fysik vid Naturvetenskapliga fakulteten på Lunds universitet. Dessutom har vi lyckats med att orientera plattorna så att man får rätt okej solceller, med verkningsgraden tio procent.
Tönu Pullerits ser stora utvecklingsmöjligheter för solceller baserade på perovskit tack vare resultatet i den aktuella studien. Forskarna har inte bara byggt tunna plattor av materialet så att ytorna blir vattenavvisande, utan dessutom upptäckte de till sin förvåning att dessa perovskitplattor självorganiserade sig på ett sätt som ökade effektiviteten påtagligt.
Eftersom plattorna är så tunna måste man ha många plattor ovanpå varandra, lager på lager, för att få tillräckligt bra absorption av solljuset. Problemet som då uppstår är att de vattenavvisande ytorna inte låter elektroner röra sig fritt i materialet. Det blir svårt för elektronerna att hoppa från platta till platta, vilket innebär att effektiviteten hos solcellerna minskar.
Forskarna testade först med två olika vattenavvisande ytor. De förväntade sig att den ena varianten skulle ge ett bättre resultat där elektronerna skulle kunna hoppa lättare mellan plattorna. Men istället blev det tvärtom – det andra alternativet gav mycket bättre resultat. Detta förvånade forskarna, som då påbörjade nya experiment för att förstå varför.
– Här blev våra laserexperiment avgörande. Vi kunde bevisa att de plattor som vi fick med det andra ytmaterialet självorganiserade sig så att de stod upp på kanten istället för att ligga platt mot varandra.
Tack vare plattornas självorganiserade struktur kunde elektronerna röra sig fritt mellan kontakterna, och då ökade effektiviteten avsevärt vad gäller kapaciteten att fånga in solenergi. Resultaten är ett viktigt steg på vägen till att bygga stabila och effektiva solceller av perovskit.
– Stabilitet är en nyckelfråga för solceller.
Den aktuella studien är ett samarbete mellan Lunds universitet och Fudanuniversitetet i Shanghai. Studien publicerades nyligen i den vetenskapliga tidskriften Advanced Energy Materials.

Filed under: SvenskTeknik