Yeni araştırma, perovskitlerin %31'lik bir dönüşüm verimliliğine ulaşması için bir yol gösterdi. Bulgular bu hafta Berkeley Lab'den araştırmacılar tarafından yayınlandı. Perovskite güneş pillerinin nano ölçekli görüntüleri, perovskitlerin önemli ölçüde daha yüksek verimlilik potansiyeline işaret eden bir özelliğini ortaya çıkardı.

Sibel Leblebici (ön sağ) gelecek vadeden nano ölçekli analizi gerçekleştirdi.

2009'da %3'lük verimlilik artışıyla bugün %22'ye ulaşan perovskite yarı iletkenler, dünya çapındaki PV araştırmacılarının dikkatini çekti. Molecular Foundry ve Berkeley Lab'deki Yapay Fotosentez Ortak Merkezi'nden bir ekip, bir perovskite güneş pilinin "engebeli yüzeyini" ortaya çıkarmak için atomik kuvvet mikroskobu kullandı; bu, verimliliğin, yüzeyinin doğasına bağlı olarak hücre içinde büyük ölçüde değiştiğini gösteriyor.

Perovskite güneş pillerini nano ölçekte inceleyen araştırmacılar, hücre yüzeyinin yaklaşık 200 nanometre büyüklüğündeki tanelerden oluştuğunu keşfettiler. Berkeley Lab bir basın bülteninde, nano ölçekte, araştırma ayrıca her bir taneciğin kendisinin çok açılı fasetlere sahip olduğunu ortaya çıkardı - bir değerli taşın yüzleri gibi.

Farklı yönlerin fotoakım üretimi ve dolayısıyla dönüşüm verimliliği, çılgınca değişir, en yüksek uçta %31'e yaklaşırken, diğerlerinde çok düşük verimliliğe kadar iner. Berkeley basın bülteni, yüzeyler "hepsi paralel bağlanmış milyarlarca küçük güneş pili" gibi davranıyor. İyi hücreden kötü hücreye akan akımla, malzemenin genel verimliliği azalır.

Molecular Foundry'de doktora sonrası araştırmacı olan Sibel Leblebici, "Malzeme yalnızca çok verimli fasetlerin gelişeceği şekilde sentezlenebilirse, o zaman perovskite güneş pillerinin verimliliğinde muhtemelen %31'e yaklaşan büyük bir sıçrama görebiliriz" dedi.

Leblebici ve Berkeley Lab ekibi, Yapay Fotosentez Merkezi'ndeki araştırmacılar tarafından üretilen perovskite materyalin atomik kuvvet mikroskobu analizini gerçekleştirdi. Teknik, perovskite yüzeyinin, fotoakım üretimi ve açık devre voltajı ölçülerek hücrelerin dönüşüm verimliliğiyle birlikte on nanometrelik bir çözünürlükte haritalanmasına izin verdi.

İncelenen perovskit hücreleri, metilamonyum kurşun iyodürden oluşuyordu ve elektrot tabakası olmadan üretildi. Sekiz yarım hücre, 1 cm2'lik bir substrat üzerine paketlendi.

Mikroskopi tekniği, perovskite hücre içinde aynı tanecik üzerindeki fasetler arasında açık devre voltajında 0.6V'luk bir fark olduğunu ortaya çıkardı. Yüksek fotoakım üretimine sahip yüzeyler yüksek açık devre voltajı sergilerken, düşük üretime sahip olanlar düşük açık devre voltajına sahipti.

Leblebici'nin araştırmasını laboratuvarında yürüttüğü Alexander Weber-Bargioni, "Bu büyük bir sürprizdi. Perovskite güneş pillerinin faset bağımlı fotovoltaik verimlilik sergilediğini ilk kez gösteriyor," diye devam etti Weber-Bargioni.

Araştırma görevlisi Francesca Toma, "Bu sonuçlar, verimliliği önemli ölçüde artırmak için malzemenin yönlerinin gelişimini kontrol etmenin yeni yollarını keşfetmeye kapı açıyor" diye ekledi.

Verimlilik kazanımları kesinlikle cesaret verici olsa da, perovskitlerin PV uygulamalarında konuşlandırmada önemli bir darboğaz, gelecek vaat eden güneş malzemesinin kararlılığı olmaya devam ediyor. Yüksek dönüşüm verimliliği sergileyen perovskitler üretilmiş olsa da, belirgin sıcaklık ve ışık kaynaklı bozunmaya eğilimlidirler. Tersine, daha kararlı perovskite malzeme genellikle çok düşük bir dönüştürme verimliliğine sahiptir.

Berkeley Lab ekibi sonuçları Pazartesi günü Nature Energy dergisinde yayınladı. Araştırma kısmen Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi tarafından desteklendi.