Zespół badawczy z Narodowego Uniwersytetu Singapuru opracował nowatorskie perowskitowo-organiczne ogniwo słoneczne tandemowe, którego wydajność konwersji energii (PCE) w obszarze aktywnym 26.4 cm² została potwierdzona certyfikatem, ustanawiając nowy światowy rekord dla tego typu urządzeń. Wyniki badań opublikowano w najnowszym numerze czasopisma „Nature”.

Zespół podkreślił, że nowo opracowane ogniwo tandemowe łączy w sobie ultracienkość i elastyczność, co umożliwi przyszłą bezpośrednią integrację ze sprzętem opartym na sztucznej inteligencji, takim jak drony, inteligentne tekstylia i urządzenia noszone, w celu zapewnienia czystej energii.

Przełomowa innowacja: Wąskopasmowy absorber organiczny

Podstawą tego postępu jest pionierski wąskopasmowy absorber organiczny zespołu. Działając jako precyzyjna „pułapka fotonowa”, skutecznie wychwytuje fotony w obszarze bliskiej podczerwieni (NIR), skutecznie pokonując długotrwałe wąskie gardło techniczne w rozwoju cienkowarstwowych ogniw słonecznych tandemowych.

Chociaż regulowane przerwy energetyczne perowskitu i organicznych materiałów półprzewodnikowych dają możliwość przekroczenia teoretycznych limitów wydajności, niska absorpcja bliskiej podczerwieni stale utrudnia postęp.

Innowacyjny projekt molekularny

Aby sprostać temu wyzwaniu, zespół opracował asymetryczny akceptor organiczny. Ta struktura nie tylko rozszerza zakres absorpcji światła na obszary głębokiej podczerwieni bliskiej podczerwieni, ale także utrzymuje wystarczającą siłę napędową rozdzielenia ładunku, umożliwiając jednocześnie wysoce uporządkowane wyrównanie molekularne. Poprzez ultrakrótką spektroskopię i analizę fizyki urządzenia zespół potwierdził, że ta konstrukcja osiąga wydajne zbieranie ładunku przy minimalnej utracie energii.

Integracja i wydajność urządzeń

W praktyce badacze ułożyli tę wysokowydajną organiczną podkomórkę z górną komórką perowskitową, integrując je za pomocą przezroczystej przewodzącej warstwy tlenku. Kluczowe wyniki obejmują:

● 27.5% PCE dla mikrourządzenia o powierzchni 0.05 cm2

● 26.7% PCE dla standardowego urządzenia o powierzchni 1 cm2

● 26.4% niezależnie certyfikowanej wydajności dla ogniwa 1 cm2

To osiągnięcie nie tylko bije rekord w dziedzinie tandemu perowskit-organizm, ale także przewyższa pod względem osiągów ogniwa perowskit-CIGS tej samej wielkości i ogniwa perowskitowe z pojedynczym złączem.