06 september 2022

Solceller tillverkade av så kallade perovskiter närmar sig effektiviteten hos traditionella kiselsolceller. Dessutom är de billiga och energisnåla att tillverka. Men problemet har varit dålig materialstabilitet – något forskare vid Linköpings universitet nu har lyckats överkomma. Resultaten, publicerade i Science, är ett stort steg närmare nästa generations solceller.

Forskare i labb. Fotograf: Anna Nilsen
Postdoktor Tiankai Zhang, professor Feng Gao och biträdande universitetslektor Feng Wang är del av den internationella forskargrupp som står bakom upptäckten som är publicerad i Science.

– Våra resultat öppnar helt nya vägar för att utveckla effektiva och billiga solceller. Dessutom ger det en ny förståelse för hur dopning av organiska halvledare fungerar, säger Feng Gao, professor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi (IFM) vid Linköpings universitet.

Perovskit är en grupp kristalliknande material som har stor potential att bidra till att lösa världens energibrist. Tiankai Zhang.Tiankai Zhang, postdoktor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi. Foto Anna Nilsen De är billiga att tillverka, har hög effektivitet och låg vikt. Men perovskit-solceller faller sönder snabbt vilket hindrar utvecklingen av en högeffektiv perovskit-solcell som dessutom är stabil över lång tid.

– Det verkar finnas en ”trade-off” mellan hög effekt och stabilitet hos perovskit-solceller. Om effekten är hög tenderar stabiliteten att bli låg och vice versa, säger Tiankai Zhang, postdoktor vid IFM och en av huvudförfattarna bakom artikeln som är publicerad i den vetenskapliga tidskriften Science.

Dopat material

För att solenergin ska omsättas till elenergi i perovskit-solceller behövs ofta ett eller fler så kallade laddningstransportlager som ligger bredvid perovskit-skiktet i solcellen. Laddningstransportlagret behöver dessutom hjälpmolekyler för att fungera som det är tänkt. Det kallas att materialet dopas.

Det dopade laddningstransportlager som kan alstra den högsta energin hos perovskit-solceller kallas Spiro-OMeTAD. Men dagens metod att dopa Spiro-OMeTAD är långsam och det är det som orsakar problemen med dålig stabilitet.

– Vi har nu lyckats eliminera den ”trade-off” som hindrat utvecklingen genom att använda oss av en ny metod att dopa Spiro-OMeTAD. Det gör det möjligt för oss att uppnå både hög effekt och god stabilitet, säger Tiankai Zhang.

Mångsidiga

Den andra huvudförfattaren till artikeln, Feng Wang, är biträdande universitetslektor vid IFM. Feng Wang.Feng Wang, biträdande universitetslektor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi. Foto Anna Nilsen Han menar att perovskit-solceller är väldigt mångsidiga vilket leder till många potentiella tillämpningsområden.

– Fördelen med perovskiter är att de är tunna vilket också gör dem lätta och flexibla. Dessutom kan de vara halvgenomskinliga. Det skulle exempelvis gå att sätta perovskit-solceller över stora fönsterrutor eller på byggnader där kiselsolceller blir för tunga, säger Feng Wang.

Studien finansierades av Vetenskapsrådet, ERC Starting grant, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse samt det strategiska forskningsområdet för avancerade funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet. Feng Gao är även Wallenberg Academy Fellow.

Artikeln: Tiankai Zhang, Feng Wang, Hak-Beom Kim, In-Woo Choi, Chuanfei Wang, Eunkyung Cho, Rafal Konefal, Yuttapoom Puttisong, Kosuke Terado, Libor Kobera, Mengyun Chen, Mei Yang, Sai Bai, Bowen Yang, Jiajia Suo, Shih-Chi Yang, Xianjie Liu, Fan Fu, Hiroyuki Yoshida, Weimin M. Chen, Jiri Brus, Veaceslav Coropceanu, Anders Hagfeldt, Jean-Luc Brédas, Mats Fahlman, Dong Suk Kim, Zhangjun Hu and Feng Gao, Science vol. 377 Issue 6605 publicerad online 28 juli 2022. DOI: 10.1126/science.abo2757

Perovskiter i petriskål.Perovskit är en grupp kristalliknande material som har vuxit till ett stort forskningsfält de senaste åren. Foto Anna Nilsen

Kontakt

Mer perovskit-forskning

Forskning på högsta nivå

Senaste nytt från LiU

Publik ser en rymdfärja ovanför jorden projiceras i omslutande dom.

Alla kan landa på månen med ny omslutande film

I filmen Once Upon the Moon upplever publiken månlandningarna som om de själva vore där. Autentiskt bildmaterial, astronauters egna berättelser och den senaste visualiseringstekniken gör det möjligt. Filmen är producerad vid Visualiseringscenter C.

En grupp människor som står på en basketplan.

Hon öppnar dörrar till idrotten

Sundus Mostafa är lärarstudenten som leder KFUM Bollihop – en förening med syfte att inkludera fler tjejer i idrottsvärlden. För sitt engagemang och ledarskap har hon nominerats till Kompassrosen, Konungens Stiftelse Ungt Ledarskaps stipendium.

En kopp som står på ett bord.

LEAD blir svensk accelerator inom NATO DIANA

Innovationsinkubatorn LEAD i Östergötland, som ägs av LiU Holding AB, har utsetts till svensk accelerator inom NATO DIANA – NATO:s innovationsprogram för utveckling av ny teknik med betydelse för både civila och militära tillämpningar.