En tilgang til at fremstille stabile perovskite kvanteprik-solceller med høj effektkonverteringseffektivitet

Tidligere forskningsundersøgelser har fremhævet potentialet af perovskitmaterialer til udvikling af flere teknologiske værktøjer, herunder fotovoltaik (PV'er) og optoelektronik. Opløsningsforarbejdede organisk-uorganiske blyhalogenidperovskitmaterialer har vist sig at være særligt lovende, især dem med en almindelig ABX-formulering, hvor A er en organisk kation, B er bly (Pb) eller tin (Sn), og X er et halogenid.

Disse materialer har flere fordelagtige optoelektroniske egenskaber, inklusive en stor absorptionskoefficient, en lang bærer diffusionslængde og en lav exciton dissociationsenergi. Solceller fremstillet af disse materialer har for nylig vist sig at opnå strømkonverteringseffektiviteter (PCE'er), der matcher eller overgår dem for mere konventionelle solceller fremstillet af silicium, cadmiumtellurid og kobberindium galliumselenid.

På trods af deres fordele, solceller lavet af perovskiter med en almindelig ABX-formulering kan have en række begrænsninger, herunder hurtig nedbrydning. En af de mest lovende perovskit-baserede sammensætninger med hensyn til stabilitet, CS _1-x FA _x PbI ₃ , har også vist sig at resultere i, at solceller udviser store spændingstab i åben kredsløb, hvilket hidtil har forhindret det i at blive implementeret i større skala.

Forskere ved University of Queensland, Swansea University og andre institutioner verden over har for nylig foreslået en ny strategi, der kunne muliggøre skabelsen af ​​mere pålidelige solceller lavet af CS _1-x FA _x PbI ₃ , hjælper med at overvinde nogle af de mangler, der er rapporteret i tidligere undersøgelser. Denne strategi, præsenteret i et papir udgivet i Naturenergi , giver mulighed for kontrollerbar syntese af CS _1-x FA _x PbI ₃ materialer, hvilket indtil videre har vist sig meget udfordrende.

"Det blandede cæsium og formamidinium blytriiodid perovskit-system (CS _1-x FA _x PbI ₃ ) i form af kvanteprikker (QD'er) tilbyder en vej mod stabil perovskit-baseret fotovoltaik og optoelektronik, " skrev forskerne i deres papir. "Men, det er fortsat udfordrende at syntetisere sådanne multinære QD'er med ønskværdige egenskaber til højtydende QD-solceller (QDSC'er)."

Forskerne foreslog i det væsentlige en strategi, der kan bruges til at syntetisere blandet kation CS _1-x FA _x PbI ₃ materialer og styrer nogle af deres egenskaber, så de kan bruges til at fremstille solceller med en høj ydeevne og stabilitet. I deres eksperimenter, denne strategi gjorde det muligt for dem at identificere en bestemt version af materialet, nemlig Cs _0,5 FA _0,5 PbI ₃ med en bemærkelsesværdig PCE på 16,6% og ubetydelig hysterese.

Holdet brugte dette materiale til at skabe QD-enheder og gennemførte en række tests, der evaluerede deres ydeevne. Bemærkelsesværdigt, enhederne udviste en fotostabilitet, der kan sammenlignes med den for tyndfilmsmaterialer, bevarer 94 % af deres originale PCE under kontinuerlig en-sols belysning over en periode på 600 timer.

"Vi rapporterer en effektiv oliesyre (OA) ligand-assisteret kation-bytningsstrategi, der muliggør kontrollerbar syntese af CS _1-x FA _x PbI ₃ QD'er over hele sammensætningsområdet (x=0-1), som er utilgængelig i storkornede polykrystallinske tynde film, " skrev forskerne i deres papir. "I et OA-rigt miljø, krydsudveksling af kationer lettes, muliggør hurtig dannelse af CS _1-x FA _x PbI ₃ QD'er med reduceret defekttæthed."

I fremtiden, den OA-ligand-assisterede kation-udvekslingsstrategi, der er udviklet af dette team af forskere, kan bane vejen mod fremstillingen af ​​nye perovskit-baserede solceller og optoelektroniske teknologier, der er yderst effektive, samtidig med at den udviser høj fotostabilitet og fleksibilitet. Deres arbejde kunne også inspirere andre forskere til at udtænke lignende strategier, muliggør syntese af andre opløsningsbehandlede organisk-uorganiske perovskitmaterialer.

© 2020 Science X Network