Antimonoxid-buffertskikt för en- och dubbeljunction-perovskitbaserade solceller

Nya sätt att fånga mer solljus

Solpaneler närmar sig sina fysiska begränsningar, så även en liten extra andel av infallet ljus kan ge billigare ren energi. Denna studie visar hur ett relativt okänt material, antimonoxid, kan göra toppmoderna perovskit–kisel-solceller både mer effektiva och lättare att tillverka i användbara storlekar.

Varför dagens tandemsolceller slösar ljus

Några av de högst presterande solpanelerna staplar en perovskitcell ovanpå en kiselcell, så att varje cell absorberar olika delar av solens spektrum. Mellan dessa lager sitter ultratunna filmer som leder elektriska laddningar och skyddar känsliga material under tillverkningen. Ett vanligt buffertmaterial, en form av tennoxid deponerad atom för atom, gör detta bra men reagerar också kemiskt med perovskitlagret. För att skydda perovskiten har ingenjörer varit tvungna att lägga till ett tjockare lager av kolbaserat material kallat fulleren. Den extra tjockleken absorberar dock användbart blått och violett ljus istället för att låta det nå de aktiva lagren, vilket tyst minskar strömmen och verkningsgraden i enheten.

Ett mildare skyddsskikt som släpper in mer ljus

Forskarna bytte ut det reaktiva tennoxidskiktet mot en film av antimonoxid som avsattes genom enkel termisk avdunstning. Denna process omvandlar försiktigt pulver till ånga som kondenserar till en jämn beläggning och undviker den hårda kemin som skadar perovskiter. Eftersom antimonoxid är snällare mot underlaget kan fullerenskiktet ovanpå perovskiten tunnas ut från 15 nanometer till bara 5 nanometer utan att stabiliteten försämras. Tunnare fulleren innebär mindre parasitisk absorption i våglängdsområdet 300 till 560 nanometer, vilket tillåter mer kortvågigt ljus att omvandlas till elektricitet i perovskittopcellens aktiva lager.

Dolda motorvägar för elektriska laddningar

Genom att undersöka materialet noggrant med elektronmikroskop och specialiserade elektriska sonder fann teamet att antimonoxidfilmen inte är helt glasartad. Istället kombinerar den amorfa områden med små ordnade kristaller. Dessa nanokristaller radas upp på ett sätt som bildar vertikala vägar för elektroner, medan den omgivande amorfa materialet förblir mer isolerande. Ytterligare mätningar tyder på att defekter kopplade till antimonatomer skapar energitillstånd som hjälper elektroner att korsa energibarriären mellan skikten. Tillsammans gör dessa egenskaper att laddningar kan röra sig snabbt genom bufferten i önskad riktning, samtidigt som oönskade läckströmmar åt sidan blockeras.

Från labbceller till större paneler

För att visa att antimonoxid är praktiskt använde forskarna det i både enkla perovskitceller och fullständiga perovskit–kisel-tandems. Enkeltceller med olika bandgap nådde alla höga verkningsgrader över 22 procent, där den bästa låg på 23,18 procent, vilket matchar toppresultat för tennoxid-enheter gjorda med liknande metoder. När det integrerades i tandemceller med en area på en kvadratcentimeter höjde det nya buffertskiktet omvandlingseffektiviteten till 30,28 procent, främst genom att öka strömmen från perovskittopcellet med cirka 1 milliampere per kvadratcentimeter. Viktigt är att tillvägagångssättet skalade väl: en helt inkapslad modul med en öppningsarea på 64,64 kvadratcentimeter nådde 28,16 procents effektivitet, med ett oberoende certifierat värde på 27,70 procent, och visade liten nedbrytning under långvarig exponering för ljus och värme.

Vad det betyder för framtida solpaneler

För icke-specialister är huvudbudskapet att en subtil förändring i ett nästan osynligt skikt i en solcell kan översättas till märkbara vinster i hur mycket solljus som fångas, utan att göra tillverkningen mer komplicerad eller känslig. Antimonoxid erbjuder ett sätt att varsamt skydda perovskitlager samtidigt som det släpper in mer ljus och effektivt transporterar laddningar, både i små testceller och större moduler. Denna kombination av högre effektivitet, god stabilitet och lägre bearbetningskostnad pekar mot tandemsolpaneler som kan överstiga 35 procents effektivitet och bli attraktiva för bred kommersiell användning.

Citering: Shi, B., Sunli, Z., Liu, P. et al. Antimony oxide buffer layer for single- and double-junction perovskite-based solar cells. Nat Commun 17, 4394 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70848-8

Nyckelord: perovskitsolceller, tandemsolceller, antimonoxid, buffertskikt, solcellseffektivitet