Sel surya perovskit telah mengalami kemajuan dalam beberapa tahun terakhir dengan peningkatan efisiensi konversi daya yang pesat (dari 3% pada tahun 2006 menjadi 25.5% saat ini), menjadikannya lebih kompetitif dengan sel fotovoltaik berbasis silikon. Namun, masih ada sejumlah tantangan sebelum mereka dapat menjadi iklan komersial yang kompetitif teknologi.
Sekarang tim di NYU Tandon School of Engineering telah mengembangkan proses untuk memecahkan salah satunya, hambatan dalam langkah kritis yang melibatkan doping tipe-p bahan pengangkut lubang organik di dalam sel fotovoltaik. Penelitian, “CO2 doping interlayer organik untuk sel surya perovskit,” muncul di Alam.
Saat ini, proses p-doping, yang dicapai dengan masuknya dan difusi oksigen ke dalam lapisan pengangkut lubang, memakan waktu yang lama (beberapa jam hingga satu hari), membuat produksi massal komersial sel surya perovskit menjadi tidak praktis.
Tim Tandon, yang dipimpin oleh André D. Taylor, seorang profesor, dan Jaemin Kong, seorang rekan pasca-doktoral, bersama dengan Miguel Modestino, asisten profesor—semuanya di Departemen Teknik Kimia dan Biomolekuler—menemukan metode untuk meningkatkan kecepatan langkah kunci ini melalui penggunaan karbon dioksida (CO2) sebagai pengganti oksigen.
Dalam sel surya perovskit, semikonduktor organik yang didoping biasanya diperlukan sebagai interlayer ekstraksi muatan yang terletak di antara lapisan perovskit fotoaktif dan elektroda. Cara konvensional untuk mendoping interlayer ini melibatkan penambahan lithium bis(trifluoromethane)sulfonimide (LiTFSI), garam lithium, ke spiro-OMeTAD, senyawa organik terkonjugasi π. Semikonduktor banyak digunakan untuk material pengangkut lubang di sel surya perovskit. Proses doping kemudian dimulai dengan memaparkan film campuran spiro-OMeTAD:LiTFSI ke udara dan cahaya.
Metode ini tidak hanya memakan waktu, tetapi juga sangat tergantung pada kondisi lingkungan. Sebaliknya, Taylor dan timnya melaporkan metode doping yang cepat dan dapat direproduksi yang melibatkan penggelembungan larutan spiro-OMeTAD:LiTFSI dengan CO2 di bawah sinar ultraviolet. Mereka menemukan bahwa proses mereka dengan cepat meningkatkan konduktivitas listrik interlayer hingga 100 kali dibandingkan dengan film campuran murni, yang juga kira-kira 10 kali lebih tinggi daripada yang diperoleh dari proses gelembung oksigen. CO2 film yang dirawat juga menghasilkan sel surya perovskit yang stabil dan berefisiensi tinggi tanpa pasca-perawatan.
“Selain mempersingkat waktu fabrikasi dan pemrosesan perangkat, penerapan spiro-OMeTAD pra-doping dalam sel surya perovskit membuat sel jauh lebih stabil,” jelas Kong, penulis utama. “Itu sebagian karena sebagian besar ion litium yang merugikan dalam larutan spiro-OMeTAD:LiTFSI distabilkan sebagai litium karbonat selama COXNUMX.2 proses gelembung.”
Dia menambahkan bahwa karbonat lithium akhirnya disaring ketika para peneliti memutar larutan pra-doping ke lapisan perovskit. “Dengan demikian, kami dapat memperoleh bahan organik yang diolah cukup murni untuk lapisan pengangkutan lubang yang efisien.”
Tim, yang termasuk peneliti dari Samsung, Universitas Yale, Institut Penelitian Teknologi Kimia Korea, Pusat Pascasarjana Universitas Kota, Universitas Wonkwang, dan Institut Sains dan Teknologi Gwangju juga menemukan bahwa CO2 Metode doping dapat digunakan untuk doping tipe-p polimer terkonjugasi lainnya, seperti PTAA, MEH-PPV, P3HT, dan PBDB-T. Menurut Taylor para peneliti sedang mencari untuk mendorong batas di luar semikonduktor organik khas yang digunakan untuk sel surya.
“Kami percaya bahwa penerapan CO yang luas2 doping ke berbagai molekul organik terkonjugasi merangsang penelitian mulai dari sel surya organik hingga dioda pemancar cahaya organik (OLED) dan transistor efek medan organik (OFET), bahkan hingga perangkat termoelektrik yang semuanya memerlukan doping terkontrol dari semikonduktor organik, ”jelas Taylor , menambahkan bahwa karena proses ini mengkonsumsi cukup banyak CO2 gas, itu juga dapat dipertimbangkan untuk CO2 studi penangkapan dan sekuestrasi di masa depan.
“Pada saat pemerintah dan perusahaan sama-sama ingin mengurangi CO2 emisi jika tidak de-karbonisasi, penelitian ini menawarkan jalan untuk mereaksikan sejumlah besar CO2 dalam lithium karbonat untuk meningkatkan sel surya generasi berikutnya, sambil menghilangkan gas rumah kaca ini dari atmosfer,” jelasnya, menambahkan bahwa ide untuk pendekatan baru ini adalah wawasan yang berlawanan dari penelitian baterai tim.
“Dari sejarah panjang kami bekerja dengan baterai lithium-oksigen/udara, kami tahu bahwa pembentukan lithium karbonat dari paparan elektroda oksigen ke udara adalah tantangan besar karena menghabiskan baterai ion lithium, yang menghancurkan kapasitas baterai. Namun, dalam reaksi doping spiro ini, kita sebenarnya mengeksploitasi pembentukan litium karbonat, yang mengikat litium dan mencegahnya menjadi ion bergerak yang merusak stabilitas jangka panjang dari perovskit sel surya. Kami berharap CO ini2 teknik doping bisa menjadi batu loncatan untuk mengatasi tantangan yang ada dalam elektronik organik dan seterusnya.”