Hvorfor modificerede carbon nanorør kan hjælpe med reproducerbarhedsproblemet

Søgningen efter bæredygtig energiproduktionsteknologi har fået forskere til at undersøge forskellige materialer og deres kombinationer i mange typer enheder. Et sådant syntetisk materiale, perovskit, er billig og let at producere, og kan bruges i solceller. Perovskite solceller har tiltrukket sig stor opmærksomhed, fordi deres effektomdannelseseffektivitet (det vil sige deres effektivitet til at omdanne sollys til elektricitet) har oplevet dramatiske forbedringer i de seneste år. Imidlertid, det har vist sig vanskeligt at implementere dem til stor energiproduktion på grund af en håndfuld problemer.

Et problem, som perovskite solceller står over for, er reproducerbarhed. Det betyder, at det er svært at konsekvent skabe perovskit -krystallag uden defekter og huller, hvilket betyder, at der sandsynligvis altid vil forekomme afvigelser fra designværdier, som reducerer deres effektivitet. På den lyse side, forskere har fundet ud af, at effektiviteten af ​​disse celler kan øges ved at kombinere perovskit med kulnanorør (CNT'er). Mekanismen, hvormed CNT'er og perovskit bindes sammen, og hvordan dette påvirker ydeevnen af ​​CNT -perovskit -solceller, er ikke undersøgt i dybden. I særdeleshed, ren CNT'ers evne til at binde sig til perovskit er ikke særlig god, og dette kan kompromittere de strukturelle og ledende egenskaber ved grænsefladen mellem begge materialer.

Et team fra Tokyo Tech ledet af Prof. De brugte ikke kun rene CNT'er, men også CNT'er, der bar "oxygenholdige funktionelle grupper" i deres struktur, som har været kendt for at styrke samspillet mellem CNT'er og perovskit, hvilket resulterer i bedre grænseflader og forbedring af krystallisationen af ​​perovskit.

Denne forskning bestod af flere eksperimenter, der gav indsigt i mange aspekter af CNT-perovskit-interaktioner. Først, de demonstrerede cellernes overlegne elektriske ydeevne med funktionaliserede CNT'er i forhold til dem med rene CNT'er og fandt beviser, der understøtter, at større krystaller og færre overfladedefekter opstår ved brug af funktionaliserede CNT'er. Derefter, teamet udledte, at perovskitten i cellerne ville gennemgå en omkrystalliseringsproces, hvis den opbevares i mørke, og at tilstedeværelsen af ​​de funktionelle grupper i CNT ville have en betydelig effekt på denne proces. Dette blev bekræftet ved at lagre cellerne i over to måneder og derefter måle deres elektriske egenskaber (fig. 1).

"Vi har opdaget perovskites evne til selvkrystallisering ved stuetemperatur, hvis morfologi blev stærkt forbedret efter langtidsopbevaring. Imidlertid, det mest interessante resultat var funktionaliserede CNT'ers evne til at gøre brug af den selvkrystalliserede natur til at danne et stærkere kryds mellem perovskitten og CNT'erne gennem rekonstruktionen, "siger professor Waki. Mest bemærkelsesværdigt, de funktionaliserede CNT'er forbedrede kontakten mellem de to materialer betydeligt, og de funktionelle grupper fungerede som en beskyttelse mod angreb fra fugt på perovskitten, tillader selvkrystallisation og rekonstruktion af grænseflader at fortsætte uden mærkbar nedbrydning. Forskergruppen fandt også ud af, at omkrystalliseringsprocessen kunne øges enormt ved konstant at udsætte solcellerne for hyppige målinger, men dette påvirkede i sidste ende deres stabilitet og forringede dem.

Sådanne dybdegående undersøgelser af perovskit-solceller og måder at forbedre dem på er meget værdifulde, fordi de kommer os tættere på nye kilder til ren energi. "Vi håber, at denne undersøgelse bidrager til produktion af perovskitter med højere stabilitet og reproducerbarhed, "slutter professor Waki. Disse fund vil tjene som endnu et springbræt, så vi kan se perovskite solceller som en vigtig teknologi til at bevare vores planet.