צוות מחקר מהאוניברסיטה הלאומית של סינגפור פיתח תא סולארי טנדם חדשני עשוי פרובסקיט-אורגני, המאושר להשגת יעילות המרת אנרגיה (PCE) של 26.4% בתוך שטח פעיל של 1 סמ"ר - שיא ​​עולם חדש עבור מכשירים כאלה. הממצאים פורסמו בגיליון האחרון של Nature.

הצוות הדגיש כי תא הטנדם שפותח לאחרונה משלב דק במיוחד וגמישות, מה שמאפשר שילוב ישיר עתידי בציוד המופעל על ידי בינה מלאכותית כגון רחפנים, טקסטיל חכם ומכשירים לבישים כדי לספק אנרגיה נקייה.

חדשנות פורצת דרך: סופג אורגני בעל פער פס צר

בלב התקדמות זו טמון הסופג האורגני החלוצי של הצוות בעל פער פס צר. הוא מתפקד כ"מלכודת פוטונים" מדויקת, לוכד ביעילות פוטונים בתחום האינפרא אדום הקרוב (NIR), ומתגבר בהצלחה על צוואר בקבוק טכני ארוך שנים בפיתוח תאי שמש טנדם בעלי שכבה דקה.

בעוד שפערי האנרגיה המתכווננים של פרובסקיט וחומרים מוליכים למחצה אורגניים מציעים פוטנציאל לעלות על גבולות היעילות התאורטיים, בליעה נמוכה של NIR עיכבה באופן עקבי את ההתקדמות.

עיצוב מולקולרי חדשני

כדי להתמודד עם אתגר זה, הצוות פיתח קולטן אורגני אסימטרי. מבנה זה לא רק מרחיב את טווח ספיגת האור לאזורים עמוקים של NIR, אלא גם שומר על כוח מניע הפרדת מטען מספיק תוך מתן אפשרות ליישור מולקולרי מסודר ביותר. באמצעות ספקטרוסקופיה אולטרה-מהירה וניתוח פיזיקת המכשיר, הצוות אישר כי עיצוב זה משיג איסוף מטען יעיל עם אובדן אנרגיה מינימלי.

שילוב וביצועי מכשירים

בפועל, החוקרים ערמו את תת-התא האורגני בעל הביצועים הגבוהים הזה עם תא פרובסקיט עליון, תוך שילובם באמצעות שכבת ביניים שקופה של תחמוצת מוליכה. תוצאות עיקריות כוללות:

● 27.5% PCE עבור מיקרו-התקן של 0.05 סמ"ר

● 26.7% PCE עבור מכשיר סטנדרטי של 1 סמ"ר

● יעילות מאושרת באופן עצמאי של 26.4% עבור תא של 1 סמ"ר

הישג זה לא רק שובר את שיא הטנדם הפרובסקיט-אורגני, אלא גם עולה בביצועיו על תאי פרובסקיט-CIGS באותו גודל ותאי פרובסקיט בעלי צומת יחיד.