Een onderzoeksteam van de Nationale Universiteit van Singapore heeft een nieuwe perovskiet-organische tandemzonnecel ontwikkeld, die gecertificeerd is voor een energieomzettingsrendement (PCE) van 26.4% binnen een actief oppervlak van 1 cm² – een nieuw wereldrecord voor dergelijke apparaten. De bevindingen zijn gepubliceerd in de nieuwste editie van Nature.

Het team benadrukte dat de nieuw ontwikkelde tandemcel ultradun is en flexibiliteit combineert, waardoor in de toekomst directe integratie in AI-aangedreven apparatuur zoals drones, slim textiel en draagbare apparaten mogelijk is om schone energie te leveren.

Baanbrekende innovatie: organische absorber met smalle bandafstand

De kern van deze vooruitgang wordt gevormd door de baanbrekende organische absorber met smalle bandgap van het team. Deze fungeert als een nauwkeurige "fotonenval" en vangt efficiënt fotonen op in het nabij-infrarood (NIR) gebied, waarmee een lang bestaand technisch knelpunt in de ontwikkeling van dunnefilm-tandemzonnecellen met succes wordt overwonnen.

Hoewel de instelbare bandkloven van perovskiet en organische halfgeleidermaterialen de mogelijkheid bieden om theoretische efficiëntiegrenzen te overschrijden, heeft de lage NIR-absorptie de vooruitgang hardnekkig belemmerd.

Innovatief moleculair ontwerp

Om deze uitdaging aan te gaan, ontwikkelde het team een ​​asymmetrische organische acceptor. Deze structuur vergroot niet alleen het lichtabsorptiebereik tot in diepe NIR-gebieden, maar behoudt ook voldoende drijvende kracht voor ladingsscheiding en maakt tegelijkertijd een zeer geordende moleculaire uitlijning mogelijk. Door middel van ultrasnelle spectroscopie en analyse van de apparaatfysica bevestigde het team dat dit ontwerp efficiënte ladingsverzameling met minimaal energieverlies mogelijk maakt.

Apparaatintegratie en prestaties

In de praktijk stapelden de onderzoekers deze hoogwaardige organische subcel op een perovskiet-topcel en integreerden deze via een transparante geleidende oxide-tussenlaag. De belangrijkste resultaten zijn:

● 27.5% PCE voor een micro-apparaat van 0.05 cm2

● 26.7% PCE voor een standaard 1 cm2-apparaat

● 26.4% onafhankelijk gecertificeerde efficiëntie voor de 1 cm2-cel

Deze prestatie verbreekt niet alleen het tandemrecord voor perovskiet en organische cellen, maar overtreft ook perovskiet-CIGS-cellen van dezelfde grootte en perovskietcellen met één junctie.