En strategi til forbedring af perovskit-absorbere til tandemsolceller med fuld perovskit

Tandem solceller (TSC'er), stakke af p-n junctions baseret på halvledere med forskellige båndgab, er en meget lovende energiløsning, der kan bidrage til at reducere kulstofemissioner. Perovskites, jordrige materialer med et afstembart båndgab, høje ladningsbærermobiliteter, fordelagtige optoelektroniske egenskaber og lange bærerdiffusionslængder, kunne være særligt værdifulde til at skabe billige og meget strømeffektive TSC'er til implementeringer i stor skala.

For at fremstille effektive all-perovskite TSC'er skal ingeniører være i stand til at dyrke højkvalitets og ensartede perovskite absorbere gennem krystallisationsprocesser. Absorbere er halvledende lag inde i solceller, der absorberer fotoner (dvs. lyspartikler) og exciterer elektroner for at skabe fotostrøm fra sollys. Indtil videre mangler der dog stadig en universel og effektiv proces til at forberede perovskit-absorbere til TSC'er.

Forskere ved Soochow University og Sichuan University har for nylig udtænkt en ny strategi for at skabe højkvalitets perovskitabsorbere med korn i mikrometerskalaen og forlænget bærerlevetid. Denne strategi, introduceret i et papir offentliggjort i Nature Energy , er baseret på en close-space annealing (CSA) proces, en varmebaseret teknik, der kan bruges til at ændre et materiales kemiske egenskaber.

"Kontrollerbar krystallisation spiller en afgørende rolle i dannelsen af ​​højkvalitets perovskiter," skrev Changlei Wang og hans kolleger i deres papir. "Her rapporterer vi en universel CSA-strategi, der øger kornstørrelsen, forbedrer krystalliniteten og forlænger bærerens levetid i lavt båndgab (lav-E _g ) og wide-bandgap (wide-E _g ) perovskite-film."

Bemærkelsesværdigt er CSA-strategien udtænkt af Wang og hans kolleger universel, da den kan anvendes på perovskiter med forskellige båndgab for at producere højkvalitetsabsorbere med forstørrede korn og længere bærerlevetider. Som en del af deres nylige undersøgelse demonstrerede holdet dets generaliserbarhed ved med succes at bruge det til at fremstille absorbere baseret på perovskitter med forskellige kemiske sammensætninger.

I det væsentlige indebærer den nyligt præsenterede strategi dyrkning af perovskitter gennem CSA-processen, mens man håndterer tilstedeværelsen af ​​resterende opløsningsmidler inde i mellemfase-perovskitterne (dvs. perovskittens form, før de sidste annealingstrin finder sted). Forskerne fandt ud af, at dette fremmede væksten af ​​korn, idet de smeltede nabokrystaller sammen, da opløsningsmidler langsomt blev frigivet fra perovskitterne.

"Ved at placere de mellemfasede perovskitfilm med deres ansigter mod opløsningsmiddelgennemtrængelige dæksler under udglødningsprocessen opnås perovskitabsorberende lag af høj kvalitet med en langsommere opløsningsmiddelfrigivelsesproces, hvilket muliggør fremstilling af effektive single-junction perovskite solceller (PVSC'er) og alle-perovskite tandem solceller," forklarede Wang og hans kolleger i deres papir.

I de indledende evalueringer muliggjorde CSA-strategien, som forskerne havde udarbejdet, skabelsen af ​​højtydende perovskitabsorbere med både lave og brede båndgab. Disse absorbere blev derefter brugt til at fremstille 4-T og 2-T all-perovskite TSC'er, der udviste bemærkelsesværdige effektkonverteringseffektiviteter.

"De bedste PCE'er på 21,51 % og 18,58 % for enkeltkryds lav-E _g og bred-E _g PVSC'er opnås og sikrer således fremstillingen af ​​25,15 % effektivitet 4-terminal og 25,05 % effektivitet 2-terminal all-perovskite tandem solceller," skrev Wang og hans kolleger i deres papir.

I fremtiden kan CSA-strategien introduceret af dette team af forskere bruges til at skabe bedre absorbere til billige og effektive TSC'er, der udelukkende er baseret på perovskiter. Dette kunne lette implementeringen af ​​disse meget lovende energiløsninger i stor skala. I mellemtiden kan deres undersøgelse også inspirere andre forskerhold verden over til at udtænke lignende fremstillingsstrategier til fremstilling af højtydende perovskit-absorbere. + Udforsk yderligere

Brug af ammoniak til at helbrede perovskitfilm til solpanelkonstruktion

© 2022 Science X Network