Forskere foreslår metode til at øge effektiviteten af ​​solcellebatterier

Forskere fra Institut for Materialevidenskab, Lomonosov MSU, har bestemt, hvordan ændring af forholdet mellem komponenter, der danner det lysabsorberende lag af en perovskit-solcelle, påvirker strukturen af ​​resulterende film og batterieffektivitet. Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i Journal of Physical Chemistry C .

Organisk-uorganiske perovskitter er en ny klasse af fotoaktive (dvs. reagerer på lys) materialer. De blev opkaldt efter mineralet perovskit (CaTiO ₃ , calciumtitanat) på grund af strukturelle ligheder, selvom deres egen er meget mere interessant. Sådanne materialer kan bruges til at skabe perovskite solbatterier, som først blev introduceret for kun fem år siden, men har allerede overgået effektiviteten af ​​dyrere silicium solceller.

I deres tidligere undersøgelse, forfatterne har fundet ud af, at filiforme (trådlignende) hybrider af perovskitter har fået deres form på grund af strukturen af ​​mellemforbindelser, som dannes under processen med perovskitkrystallisation. Forskerne har opdaget en hel gruppe af disse forbindelser, hver af dem er et krystallinsk solvat. De krystallinske solvater er krystallinske forbindelser med molekyler af precursorkomponenternes opløsningsmiddel indbygget i deres struktur. De opløste komponenter udfældes fra opløsningen og danner en krystallinsk film af perovskit.

Forskerne udvalgte og beskrev tre mellemforbindelser, som er krystallinske solvater af et af de to opløsningsmidler, der oftest bruges til at skabe perovskit-solbatterier. For to af disse forbindelser, deres krystalstruktur blev etableret for første gang.

"Vi har fundet ud af, at dannelsen af ​​mellemliggende forbindelser er en af ​​nøglefaktorerne, der bestemmer de funktionelle egenskaber af det endelige perovskitlag, fordi perovskitkrystaller arver formen af ​​disse forbindelser. Dette, på tur, påvirker filmmorfologien og solcelleeffektiviteten. Det er især vigtigt, når du laver tynde perovskite-film, fordi den nålelignende eller filiformede form af krystaller vil føre til, at filmen bliver diskontinuerlig, hvilket vil sænke solcellens effektivitet markant. Viden om indflydelsen af ​​forholdet mellem forstadiereagenser på formen af ​​de endelige perovskitkrystaller vil give forskere mulighed for bevidst at vælge betingelserne for at opnå optimale film, hvilket vil resultere i perovskitceller med høj effektivitet, " siger hovedefterforsker Alexey Tarasov fra Lomonosov Moscow State University.

Sådanne mellemforbindelser er ustabile, så forfatterne brugte synkrotronstråling og lave temperaturer til at afkøle krystallerne til en temperatur på -173 °C. Frysningen gjorde det muligt for forskerne at stoppe nedbrydningen af ​​krystallerne og udføre de nødvendige målinger for at bestemme strukturen af ​​solvaterne.

Derudover forskerne har studeret den termiske stabilitet af de opnåede forbindelser og formået at beregne energien af ​​deres dannelse ved hjælp af kvantekemisk modellering. At kende dannelsesenergien gør det muligt at forklare, hvorfor visse krystaller dannes ved brug af forskellige opløsningsmidler.

Forfatterne har også erfaret, at forholdet mellem reagenser i opløsning specifikt bestemmer, hvilken mellemforbindelse der vil dannes i krystallisationsprocessen. Krystalstrukturen af ​​den mellemliggende forbindelse definerer formen af ​​de dannede perovskitkrystaller, som bestemmer strukturen af ​​det lysabsorberende lag. Denne struktur, på tur, påvirker outputtet fra det dannede solcellebatteri.