En ny tilgang til højeffektiv, luftstabile perovskit-solceller

Forskning i brugen af ​​perovskitmaterialer som solceller har boomet i de sidste mange år, efter rapporter om høj energikonverteringseffektivitet, som er blevet ved med at klatre. Ny forskning offentliggjort i tidsskriftet Materialer i dag afslører, hvordan man kan forbedre levetiden for disse solceller.

På trods af den intense interesse for materialer til solenergianvendelser, "at forbedre stabiliteten af ​​perovskit-solceller er en udfordrende opgave, " forklarer Dr. Chang Kook Hong, Kontaktforfatter, fra Chonnam National University i Sydkorea.

Perovskit er den generelle betegnelse for ethvert mineral, der har samme krystalstruktur som en bestemt form for calcium titaniumoxid, først gravet i Uralbjergene i Rusland i 1839 og opkaldt efter den russiske mineralog L. A. Perovski. Den unikke struktur af perovskitter kan tilpasses til bestemte egenskaber ved at ændre de forskellige kationer og anioner, hvorfra de er dannet. Grundlæggende strukturen har den generelle kemiske formel ABX3, hvor 'A' og 'B' repræsenterer positivt ladede metalioner, kationer, der er meget forskellige i størrelse, og 'X' er en negativt ladet anion, der binder til begge metalkationer, der forbinder dem i krystallen.

Perovskitter kan syntetiseres i laboratoriet meget billigt og formes til tynde film, der kan inkorporeres i solceller. Kationer behøver ikke være metalioner, men kan være enhver positivt ladet ion, såsom ammoniumionen eller en organisk ion; forudsat at A og B er forskellige størrelser, og der anvendes en passende negativ ion, vil de give perovskitstrukturen.

Dr. Hong og kolleger har udviklet en metode kendt som co-udfældning til at lave en tynd film bestående af nanoporøst nikkeloxid som hultransporterende lag (HTL) til en perovskitsolcelle, der bruger den unikke sammensætning af FAPbI3 og eller MAPbBr3 som perovskitlaget . Huller er den positive ækvivalent af negative elektroner i diskussioner om elektrokemi. FAPbI3 er formamidinium blyiodid og MAPbBr3 er methylammonium blybromid. Ud over, de brugte en organisk luftstabil uorganisk zinkoxid-nanopartikelforbindelse som ETL (elektrontransporterende lag) for at beskytte perovskitlaget mod luft.

"Vi har med succes optimeret de metaloxidbaserede HTL- og ETL-beskyttelseslag til højeffektiv perovskit-absorber ved en simpel metode, som kan lave luftstabile solceller, " forklarer medforfatter Dr. Sawanta Mali. "Vores hovedmål er at løse problemet med den kedelige proces med at fremstille konventionelt additiv-dopet, meget dyrt, ustabile HTL'er ved at erstatte lavpris, uorganiske luftstabile p- og n-type metaloxider, " tilføjede Dr. Mali.

Foreløbige test af deres enheds dygtighed ved hjælp af disse perovskites enhedsarkitektur afslørede en effektkonverteringseffektivitet på 19,10 procent (±1 procent). Enhedens strømtæthed var næsten 23 milliampere per kvadratcentimeter, og den kunne generere 1,076 volt. Vigtigt, enheden kunne holde fire femtedele af dette effektivitetsniveau i brug i omkring fem måneder.

Holdet foreslår, at deres tilgang kunne føre vejen til yderst effektive og luftstabile perovskit-solceller. "Denne teknik er begrænset til laboratorieskalaen, men storstilet fremstilling burde også være mulig med denne enhedsarkitektur, " sagde Dr. Hong.