Små justeringer for store gevinster i solceller

Solcellers ydeevne og stabilitet afhænger af de tynde films morfologi, især deres evne til at krystallisere i den såkaldte fotoaktive α-fase. Perovskiter, der indeholder bly, har en tendens til at kombinere forskellige halogenider, såsom de anioniske former for brom og jod, med blandinger af methylammonium, formamidinium, cæsium og andre kationer. Disse har ført til rekordstore konverteringseffektiviteter og termiske stabiliteter sammenlignet med deres enkelthalogenid, enkeltkationanaloger. Imidlertid, disse blandede halogenider, blandede kation-perovskitfilm er kun blevet karakteriseret gennem ex-situpost-aflejringsteknikker. Dette begrænser forståelsen af ​​de mekanismer, der styrer deres vækst fra deres sol-gel-precursor til deres faste tilstand og stopper forsøg på at forbedre enhedens ydeevne og stabilitet.

Nu, Stefan De Wolf, hans postdoc Kai Wang og kolleger har undersøgt virkningen af ​​kationer, halogenider og antisolvent drypper på blandet halogenid, blandede kation perovskite film. Holdet sporede filmenes strukturelle udvikling under spin-coating-afsætningsprocessen ved hjælp af anin situ-røntgenspredningsteknik. Røntgenteknikken undersøgte filmene på atomær skala fra deres sol-gel-precursor til den faste tilstand og gav information om dannelsen af ​​krystallinske mellemprodukter under størkningen. Forskerne inkorporerede også filmene i solceller og evaluerede ydeevnen og stabiliteten af ​​de resulterende enheder.

"Vores undersøgelse giver kritisk indsigt i krystalliseringen af ​​multikomponentsystemerne mod højtydende perovskit-solceller, " siger Wang. Ændringer i sammensætningen af ​​halogenidet og kationen påvirkede dramatisk størkningen af ​​perovskit-prækursorerne under spincoating og den efterfølgende dannelse af den ønskede a-fase ved tilsætning af antisolvent.

Den nødvendige periode til at generere film af høj kvalitet ved tilsætning af antiopløsningsmiddel sluttede, da sol-gel-strukturen kollapsede for at producere krystallinske biprodukter afhængigt af prækursorblandingen. Følgelig, tuning af halogenid-kation-blandingen kunne forsinke dette kollaps, udvidelse af antisolvent dryppende vindue fra et par sekunder til flere minutter. Såvel, samtidig inkorporering af cæsium- og rubidiumkationer i perovskitten stimulerede synergistisk dannelsen af ​​α-fasen. Længden af ​​dette vindue viste ringe effekt på den resulterende solcelleydelse, så længe antiopløsningsmidlet blev tilsat inden for denne periode.

Disse resultater antyder nye retninger for udviklingen af ​​perovskitformuleringer, der yderligere kan stabilisere sol-gel-tilstanden og fremme dens omdannelse til den ønskede perovskitfase. "Dette er afgørende for at opnå bedre ydeevne, reproducerbar, omkostningseffektiv og skalerbar fremstilling af perovskit-solceller, " siger Wang.

Holdet arbejder på at overføre denne viden til andre deponeringsteknologier for at udvikle sig mod markedsklare perovskit-solceller.