Discovery kaster lys over syntese, behandling af højtydende solceller

Halide perovskit solceller lover som den næste generation af solcelleteknologier, men mens forskere har udviklet teknikker til at forbedre deres materialeegenskaber, ingen forstod, hvorfor disse teknikker virkede. Ny forskning kaster lys over videnskaben bag disse tekniske løsninger og baner vejen for udvikling af mere effektive halogenid-perovskit-solceller.

"Dette handler om materialedesign, " siger Aram Amassian, co-korresponderende forfatter til et papir om arbejdet og en lektor i materialevidenskab og teknik ved North Carolina State University.

"Hvis du med vilje vil konstruere halogenid perovskit solceller, der har de ønskværdige egenskaber, du leder efter, du skal ikke kun forstå, hvordan materialet opfører sig under forskellige forhold, men hvorfor, " siger Amassian. "Dette arbejde giver os en bedre forståelse af denne klasse af materialer, og den forståelse vil belyse vores arbejde fremad."

Halidperovskitter er dybest set salte, med positivt og negativt ladede komponenter, der går sammen og danner en neutral forbindelse. Og de har flere egenskaber, der gør dem ønskværdige til fremstilling af højeffektive solceller. De kan opløses i en væske og derefter danne krystaller af høj kvalitet ved lave temperaturer, hvilket er attraktivt fra et produktionsmæssigt synspunkt. Ud over, de er nemme at reparere og kan tåle defekter i materialet uden at se et stort fald i deres halvlederegenskaber.

Et internationalt team af forskere dykkede ned i et nøglefænomen relateret til halogenidperovskit-solcellesyntese og -behandling. Det involverer det faktum, at tilsætning af cæsium og rubidium i synteseprocessen af ​​blandede halogenidperovskitforbindelser gør den resulterende solcelle mere kemisk homogen - hvilket er ønskeligt, da dette gør materialets egenskaber mere ensartede i hele cellen. Men indtil nu, ingen vidste hvorfor.

For at undersøge problemet, forskerne brugte tidsbestemt, Røntgendiagnostik til at fange og spore ændringer i de krystallinske forbindelser dannet gennem synteseprocessen. Målingerne blev udført ved Cornell High Energy Synchrotron Source.

"Disse undersøgelser er afgørende for at definere de næste skridt hen imod markedsberedskab af perovskit-baserede solceller, " siger Stefaan De Wolf, co-korresponderende forfatter af papiret og en lektor i materialevidenskab og teknik ved King Abdullah University of Science and Technology (KAUST).

"Det, vi fandt, er, at nogle af forløberne, eller ingredienser, ønsker at danne flere forbindelser ud over den vi ønsker, som kan gruppere nøgleelementer uregelmæssigt i hele materialet, " siger Amassian. "Det var noget, vi ikke vidste før.

"Vi fandt også ud af, at indførelsen af ​​cæsium og rubidium i processen på samme tid effektivt undertrykker dannelsen af ​​disse andre forbindelser, lette dannelsen af ​​det ønskede, homogen halogenidperovskitforbindelse, der bruges til at lave højtydende solceller."

De næste trin for arbejdet omfatter oversættelse af disse lektioner fra laboratoriebaseret spin-coating til store produktionsplatforme, som vil muliggøre fremstilling af perovskit-solceller med høj kapacitet.