En ny studie visar hur en substans som härrör från kamfer, ett naturligt extrakt från kamferträdet, kan förbättra kvaliteten på perovskit-tunnfilmer som används i solceller avsevärt. Materialets sublimeringsegenskap – dess förmåga att övergå direkt från fast till gasform utan att lämna rester – har utnyttjats för att förbättra enheternas prestanda och tillverkningseffektiviteten.
Forskargruppen under ledning av professor Changduk Yang vid School of Energy and Chemical Engineering vid UNIST har framgångsrikt syntetiserat högkvalitativa perovskitfilmer genom att införliva kamferderivat. Frånvaron av restämnen förväntas förlänga solcellernas livslängd och effektivitet samtidigt som tillverkningsprocesserna förenklas och produktionskostnaderna minskas. Resultaten har publicerats i tidskriften Energy & Environmental Science.
Perovskittunnfilmer i solceller består av ett stort antal kristallkorn. Större, välordnade kristallkorn underlättar elektronflödet och stärker strukturell integritet, vilket leder till förbättrad effektivitet och hållbarhet. För att uppnå sådana högkvalitativa strukturer används ofta tillsatser under tillverkningen, men rester av tillsatser kan ibland hindra enhetens prestanda.
För att lösa detta problem använde forskarna kamferkinon (CQ) som tillsats. CQ är en derivat av kamfer, som utvinns ur kamferträdet och modifieras med en oxidationsgrupp. Till skillnad från kamfer, som sublimerar direkt från fast till gasform, genomgår CQ en stegvis sublimering – först underlättar det bildandet av enhetliga kristallkärnor under den första värmebehandlingen, sedan sublimerar det gradvis helt under den andra uppvärmningsprocessen. Denna kontrollerade sublimering gör att perovskitfilmen kan växa optimalt utan resterande föroreningar.
Forskaren Jeewon Park, studiens försteförfattare, förklarade: ”CQ kan tidsinställas exakt för att påverka kristalltillväxtfasen och lämnar inga restmaterial i filmen. Denna unika egenskap gjorde det möjligt för oss att producera högkvalitativa perovskitfilmer.”
Solceller tillverkade med dessa CQ-förbättrade filmer uppvisade en effektomvandlingseffektivitet (PCE) på 25,2 %, vilket överstiger effektiviteten på 23,0 % hos kontrollenheter utan tillsatser – en förbättring på cirka 9,6 %.
Vid MPPT-testning (Maximum Power Point Tracking), som simulerar verkliga driftsförhållanden, behöll dessa enheter mer än 90 % av sin initiala effektivitet efter 1 000 timmar, vilket är mer än dubbelt så lång livslängd som jämförbara kontrollenheter. MPPT är en rigorös standard som utvärderar solcellers stabilitet under simulerat solljus.
Professor Yang säger: ”Att lösa stabilitetsproblemen i perovskit-solceller med hjälp av miljövänliga, naturligt framställda material är inte bara ett framsteg för hållbar energiteknik, utan banar också väg för mer hållbara och kostnadseffektiva solcellslösningar.”
Mer information: Jeewon Park et al, Stepwise volatilization induced by nature-sourced volatile solid additives improving the efficiency and stability of perovskite solar cells, Energy & Environmental Science (2025). DOI: 10.1039/D4EE03897E
