ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ได้พัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์แบบแทนเดมชนิดใหม่ที่ทำจากเพอรอฟสไกต์-ออร์แกนิก ซึ่งได้รับการรับรองว่ามีประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน (PCE) สูงถึง 26.4% ในพื้นที่ใช้งาน 1 ตารางเซนติเมตร ซึ่งถือเป็นการสร้างสถิติโลกใหม่สำหรับอุปกรณ์ประเภทนี้ ผลการวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature ฉบับล่าสุด

ทีมงานเน้นย้ำว่าเซลล์คู่ที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้ผสมผสานความบางเป็นพิเศษและความยืดหยุ่นเข้าด้วยกัน ช่วยให้สามารถบูรณาการเข้ากับอุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วย AI เช่น โดรน สิ่งทออัจฉริยะ และอุปกรณ์สวมใส่ได้โดยตรงในอนาคต เพื่อให้มีพลังงานสะอาด

นวัตกรรมล้ำสมัย: ตัวดูดซับอินทรีย์แบบแบนด์แก็ปแคบ

หัวใจสำคัญของความก้าวหน้าครั้งนี้คือตัวดูดซับอินทรีย์แบบแบนด์แก็ปแคบอันเป็นผลงานบุกเบิกของทีม ซึ่งทำหน้าที่เป็น "กับดักโฟตอน" ที่แม่นยำ โดยสามารถจับโฟตอนในบริเวณอินฟราเรดใกล้ (NIR) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงสามารถเอาชนะอุปสรรคทางเทคนิคที่มีมายาวนานในการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์แบบแทนเด็มฟิล์มบางได้สำเร็จ

ในขณะที่แบนด์แก๊ปที่ปรับได้ของเพอรอฟสไกต์และวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อินทรีย์มีศักยภาพในการเอาชนะขีดจำกัดประสิทธิภาพตามทฤษฎี การดูดซับ NIR ต่ำได้ขัดขวางความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง

การออกแบบโมเลกุลที่สร้างสรรค์

เพื่อรับมือกับความท้าทายนี้ ทีมงานได้ออกแบบตัวรับสารอินทรีย์แบบไม่สมมาตร โครงสร้างนี้ไม่เพียงแต่ขยายช่วงการดูดกลืนแสงเข้าไปในบริเวณ NIR ลึกเท่านั้น แต่ยังรักษาแรงขับเคลื่อนการแยกประจุที่เพียงพอไว้ได้ในขณะที่ทำให้โมเลกุลเรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบสูง ด้วยการวิเคราะห์การสเปกโตรสโคปีแบบอัลตราฟาสต์และฟิสิกส์ของอุปกรณ์ ทีมงานได้ยืนยันว่าการออกแบบนี้ช่วยให้สามารถรวบรวมประจุได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยสูญเสียพลังงานน้อยที่สุด

การรวมอุปกรณ์และประสิทธิภาพ

ในทางปฏิบัติ นักวิจัยได้วางเซลล์ย่อยอินทรีย์ประสิทธิภาพสูงนี้ไว้กับเซลล์เพอรอฟสไกต์ด้านบน โดยผสานเซลล์เหล่านี้เข้าด้วยกันผ่านชั้นกลางออกไซด์ตัวนำที่โปร่งใส ผลลัพธ์ที่สำคัญ ได้แก่:

● 27.5% PCE สำหรับไมโครดีไวซ์ขนาด 0.05 ซม.²

● 26.7% PCE สำหรับอุปกรณ์มาตรฐานขนาด 1 ซม.2

● ประสิทธิภาพที่ได้รับการรับรองโดยอิสระ 26.4% สำหรับเซลล์ขนาด 1 ซม.2

ความสำเร็จนี้ไม่เพียงแต่ทำลายสถิติ perovskite-organic tandem เท่านั้น แต่ยังเอาชนะ perovskite-CIGS ขนาดเดียวกันและเซลล์ perovskite แบบ single junction ได้อีกด้วย