Ökad hållbarhet för perovskit-solceller

Forskargruppen bakom upptäckten finns vid institutionen för kemi-Ångström och huvudförfattare till studien är Anders Hagfeldt, rektor vid Uppsala universitet.

Forskargruppen upptäckte och använde för första gången en ny typ av sulfoniumbaserad molekyl för att förbättra hållbarheten hos nästa generations solcellsteknik – de så kallade perovskit-solcellerna.

– Efter behandlingen med vår nydesignade sulfoniumbaserade molekyl, uppvisar perovskit-fotoabsorberaren en enastående stabilitet vid ljusblötning och förblir anmärkningsvärt nog i en fotoaktiv fas efter mer än två års åldrande under verkliga förhållanden. Så vitt vi vet representerar detta den mest stabila perovskit-filmen som hittills rapporterats, säger Jiajia Suo, forskare vid institutionen för kemi-Ångström.

Testats i mer än 4 500 timmar

Efter att ha testats i mer än 4 500 timmar levererade solcellsenheten ett genombrottsrekord i driftsstabilitet med nästan obemärkt prestandaförlust. I förlängningen skulle det kunna ge ett utomordentligt högt teoretiskt T80-värde (tiden tills solcellsenheten behåller 80 procent av sin initiala prestanda) på över 9 år under kontinuerlig 1-sols belysning. Det motsvarar ett fotoflöde av en solcellsinstallation utomhus i Sverige i över 78 år.

Varför är det här en viktig upptäckt?
– Vårt arbete med att upptäcka nya material och en fördjupad förståelse för deras egenskaper öppnar nya möjligheter inom materialvetenskap och ingenjörskonst. Dessutom ger en sådan utmärkt hållbarhet hos perovskit-solcellerna en stark indikation på att tunna perovskit-filmer har enorm potential att konkurrera med kiselsolceller för storskaliga och industriella produktioner.

Snabb utveckling av solceller

Den globala utvecklingen av solceller accelererar snabbt. För närvarande dominerar kiselsolceller på marknaden med världsrekord i effektivitet på 26,8 procent. Det finns alternativa tekniker, som skiljer sig från kiselceller i funktionalitet, material och processteknik. En av de mest lovande för framtiden är perovskit-solceller

– Detta beror främst på deras enastående prestanda med nuvarande världsrekord i verkningsgrad på 26,1 procent. Dessutom finns tandemapplikationer (två eller flera solceller ovanpå varandra, till exempel perovskit ovanpå kisel med världsrekord i verkningsgrad på 33,9 procent och skalbar kostnadseffektiv tillverkning, säger Bowen Yang.

Hållbarhet en viktig utmaning

Hon berättar att den långsiktiga stabiliteten hos perovskit-solceller fortfarande är den viktigaste utmaningen inom forskningsområdet. Exponering för miljöfaktorer som fukt, värme och ljus kan leda till nedbrytning av perovskitmaterial, vilket äventyrar solcellernas totala prestanda och hållbarhet.

– Därför är forskare engagerade i att utveckla nya material, skyddande beläggningar, inkapslingstekniker och enhetsteknik för att förbättra stabiliteten hos perovskit-solceller och bana väg för deras utbredda kommersiella livskraft. Att ta itu med stabilitetsfrågor är avgörande för att integrera solcellerna i vanliga energilösningar och förverkliga deras potential som en kostnadseffektiv och effektiv förnybar energikälla.

Annica Hulth