Omvendte perovskit -solceller med en effektomdannelseseffektivitet på 22,3%

Fotovoltaiske (PV) celler, som kan generere energi fra solen, kunne være meget nyttig i håndteringen af ​​den aktuelle miljøkrise. Perovskite PV -celler, celler fremstillet af metalhalogenid perovskit halvledere, for nylig har vist sig at være særlig lovende, da forskere har formået at forbedre deres effektomdannelseseffektivitet væsentligt, fra 3,8% helt til 25,2%.

Deres bemærkelsesværdige effektivitet gør perovskitter til en førende konkurrent i udviklingen af ​​den næste generation af lavtemperatur-forarbejdbare PV-teknologier. Perovskite PV-celler kan have to hoveddesignarketyper:den såkaldte regulære (n-i-p) struktur og den inverterede (p-i-n) struktur. Indtil nu, celler med en regelmæssig struktur har opnået de højeste effektomdannelseseffektiviteter, mens dem med en omvendt struktur har opnået langt længere driftstider.

Forskere ved King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) og University of Toronto var for nylig i stand til at reducere det tidligere observerede effektivitetsgab mellem perovskite PV -celler med en regelmæssig struktur og dem med en omvendt struktur. Deres papir, udgivet i Naturenergi , introducerer en ny designstrategi, der gjorde det muligt for dem at fremstille omvendte solceller med lang levetid og strømkonverteringseffektivitet på 22,3%.

"Perovskite PV -enheder med den højeste effektivitet, som er baseret på den regelmæssige struktur, skal inkorporere ioniske dopemidler i deres hultransportmaterialer, "Xiaopeng Zheng, en af ​​forskerne involveret i undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Ved at slippe af med disse ustabile dopemidler, inverterede PV -enheder har bidraget til fremskridtene inden for teknologiens driftsstabilitet. Desværre, strømkonverteringseffektiviteten ved inverteret perovskit -PV ligger betydeligt bag ved almindelige strukturerede enheder (20,9% vs. 25,2%). "

Ifølge Zheng, at perovskite PV -teknologier har en reel kommerciel og miljømæssig indvirkning, forskere skal først sikre, at de udmærker sig både i deres driftsstabilitet og effektomdannelse. Designstrategien, som han udviklede i samarbejde med sine kolleger ved KAUST og University of Toronto, kunne bidrage til at opnå dette ved at forbedre de strukturelle og optoelektroniske egenskaber ved perovskitmaterialer, der typisk bruges til fremstilling af solcelleanlæg.

Zheng og hans kolleger tilføjede et spor af overfladeforankring af alkylaminligander (AAL'er) med forskellige kædelængder til deres perovskitmateriale. Dette tillod dem at ændre nogle af materialets egenskaber, hvilket fører til højere effektomdannelseseffektivitet end dem, der typisk observeres i perovskite PV -solceller med en omvendt struktur.

"Vi fandt ud af, at kun en spormængde alkylamin under forarbejdning var tilstrækkelig til at ændre egenskaberne af perovskitmaterialet på følgende fordelagtige måder:(i) fremme af krystalkornorientering; (ii) undertrykke fældetilstandstæthed (iii) reducere ladningsbærer ikke -strålende rekombination (dvs. tab), samt forbedring af bærermobilitet og diffusionslængder; (iv) hæmning af ionmigration i perovskitten, "Yi Hou, en anden forsker involveret i undersøgelsen, fortalte TechXplore.

AAL-overflademodificerede perovskitfilm brugt af Zheng, Hou og deres kolleger udviser en (100) orientering og en væsentligt lavere fælde-tilstandstæthed sammenlignet med ikke-modificerede film. De præsenterer også forbedrede transportmobiliteter og diffusionslængder, hvilket resulterer i enheder med en certificeret stabiliseret effektomdannelseseffektivitet på 22,3%.

"Perovskite PV'er er en ung teknologi, og de har stadig plads til at forbedre deres stabilitet til at nærme sig andre veletablerede PV-teknologier, såsom c-Si og uorganisk-baserede tynde film, "Ted Sargent, en anden forsker involveret i undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Vi har reduceret effektivitetsgabet mellem inverterede enheder og almindelige enheder betydeligt ved blot at bruge spormængder af alkylamin som korn- og grænseflademodifikatorer."

Forskerne fandt ud af, at perovskite solceller, der er skabt ved hjælp af deres tilgang, kan fungere i over 1, 000h ved det maksimale effektpunkt under en simuleret AM1.5 -belysning, uden tab af effektivitet. I fremtiden, designstrategien, de introducerede, kunne bringe perovskitmaterialer tættere på at opfylde de krævende betingelser, der kræves for kommercialisering af solceller.

"Til den næste fase af vores forskning, vi vil undersøge måder at producere perovskite PV'er på, at opnå enheder med stort område uden at gå på kompromis med høj ydeevne og pålidelighed, "Osman Bakr, en anden af ​​forskerne involveret i undersøgelsen, fortalte TechXplore.

© 2020 Science X Network