Nyt perovskitmateriale viser tidligt løfte som et alternativ til silicium

Silicium dominerer solenergiprodukter - det er stabilt, billig og effektiv til at omdanne sollys til elektricitet. Ethvert nyt materiale, der tager silicium, skal konkurrere og vinde på disse grunde. Som et resultat af et internationalt forskningssamarbejde, Shanghai Jiao Tong University, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), og Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) har fundet et stabilt materiale, der effektivt skaber elektricitet - hvilket kunne udfordre siliciumhegemoni.

Skriver ind Videnskab , de samarbejdende teams viser, hvordan materialet CsPbI ₃ er blevet stabiliseret i en ny konfiguration, der er i stand til at nå høje konverteringseffektiviteter. CsPbI ₃ er en uorganisk perovskit, en gruppe materialer, der vinder popularitet i solverdenen på grund af deres høje effektivitet og lave omkostninger. Denne konfiguration er bemærkelsesværdig, da stabilisering af disse materialer historisk set har været en udfordring.

"Vi er tilfredse med resultater, der tyder på, at CsPbI ₃ kan konkurrere med brancheførende materialer, "siger professor Yabing Qi, leder af OIST's Energy Materials and Surface Sciences Unit, der ledte på undersøgelsens overfladevidenskabelige aspekt.

"Fra dette foreløbige resultat vil vi nu arbejde på at øge materialets stabilitet - og kommercielle udsigter."

Justering af energiniveau

CsPbI ₃ studeres ofte i sin alfa -fase, en velkendt konfiguration af krystalstrukturen passende kendt som den mørke fase på grund af dens sorte farve. Denne fase er særlig god til at absorbere sollys. Desværre, den er også ustabil - og strukturen nedbrydes hurtigt til en gullig form, mindre i stand til at absorbere sollys.

Denne undersøgelse undersøgte i stedet krystallen i sin beta -fase, et mindre velkendt arrangement af strukturen, der er mere stabil end alfa-fasen. Selvom denne struktur er mere stabil, det viser relativt lav effektomdannelseseffektivitet.

Denne lave effektivitet skyldes delvis de revner, der ofte opstår i tyndfilmede solceller. Disse revner forårsager tab af elektroner i tilstødende lag i solcellen - elektroner, der ikke længere kan strømme som elektricitet. Teamet behandlede materialet med en choliniodidopløsning for at helbrede disse revner, og denne løsning optimerede også grænsefladen mellem lag i solcellen, kendt som energiniveaujustering.

"Elektroner strømmer naturligt til materialer med lavere potentiel energi til elektroner, så det er vigtigt, at de tilstødende lagers energiniveauer ligner CsPbI ₃ , "siger Dr. Luis K. Ono, en medforfatter fra professor Qis laboratorium. "Denne synergi mellem lag resulterer i, at færre elektroner går tabt - og mere elektricitet genereres."

OIST -teamet, understøttet af OIST Technology Development and Innovation Center, brugte ultraviolet fotoemissionsspektroskopi til at undersøge energiniveaujusteringen mellem CsPbI ₃ og de tilstødende lag. Disse data viste, hvordan elektroner derefter kan bevæge sig frit gennem de forskellige lag, producerer elektricitet.

Resultaterne viste et lavt tab af elektroner til tilstødende lag efter behandling med choliniodid - på grund af bedre energiniveaujusteringer mellem lagene. Ved at reparere de revner, der naturligt opstår, denne behandling førte til en stigning i konverteringseffektiviteten fra 15 procent til 18 procent.

Selvom det spring kan virke lille, det bringer CsPbI ₃ inden for området certificeret effektivitet, de konkurrencedygtige værdier, der tilbydes af konkurrerende solmaterialer. Selvom dette tidlige resultat er lovende, uorganisk perovskit halter stadig. Til CsPbI ₃ virkelig at konkurrere med silicium, holdet vil næste arbejde med treenigheden af ​​faktorer, der gør det muligt for siliciums regering at fortsætte - stabilitet, koste, og effektivitet.