Stabilisering af 2-D lagdelte perovskiter til fotovoltaik:Opsætning af en forsvarsmur

At opsætte en forsvarsmur i en fodboldkamp er en primær sportsudfordring. Ingen træner kan lide et hul mellem defensive spillere i muren. Forskere tackler et lignende problem for at forbedre stabiliteten af ​​perovskit-solceller (PSC'er).

Et forskerhold ledet af prof. Guo Xin og prof. Li Can fra Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS) forbedrede stabiliteten af ​​PSC'er ved at fjerne van der Waals-hullerne i et bredt undersøgt Ruddlesden -Popper (RP)-fase, todimensional (2-D), lagdelte perovskitmaterialer.

De nyudviklede materialer er en serie af Dion-Jacobson (DJ) fase 2-D lagdelte perovskiter, hvilken, uden huller, har en ekstremt stabil struktur og kan forsvare sig mod angreb fra fugt, varme og lys mere effektivt, fører til enestående stabilitet af PSC'er under barske testforhold. Holdets resultater blev offentliggjort i Joule den 21. dec.

PSC'er har vist meget lovende for næste generation af solceller. Imidlertid, deres ustabilitet begrænser yderligere udvikling på grund af den dårlige strukturelle stabilitet af konventionelle 3-D organisk-uorganiske hybridperovskitter, som normalt bruges som lyshøstmaterialer i PSC'er.

De 2-D lagdelte perovskitter har tiltrukket sig en del forskningsinteresse i de senere år, fordi de tilbyder bedre stabilitet end traditionelle 3-D analoger. I de fleste tilfælde, udtrykket "2-D lagdelte perovskites" refererer til RP fase en, hvor van der Waals huller er til stede. Disse huller skaber svage interaktioner mellem lag, hvilket formindsker stabiliteten af ​​den lagdelte perovskitstruktur og indretningen.

"I modsætning til RP-sagen, vores DJ fase 2-D lagdelte perovskiter er dannet af vekslende hydrogenbindinger mellem organiske lag og uorganiske lag uden mellemrum, hvilket gør deres struktur mere stabil, " sagde prof. Guo.

"Ydre belastninger som fugt, varme og lys kan ikke let nedbryde sådanne materialer. Det er ligesom en forsvarsmur i en fodboldkamp. Forestil dig, at hver forsvarsspiller er et organisk lag eller et uorganisk lag i 2-D lagdelte perovskites. Hvis de står ved siden af ​​hinanden på række, sparkeren kan ikke nemt lave et mål. Hvis der er huller mellem spillerne i muren, kickeren kan nemt score, hvilket er ligesom situationen i RP 2-D lagdelte perovskiter, " forklarede Guo.

Mere energi fra eksterne belastninger er nødvendig for at nedbryde DJ fase 2-D perovskites end deres RP modstykker. Som i en fodboldkamp, der skal laves et bananspark for at omgå en god forsvarsmur, så det er sværere for kickeren.

"Ja, PSC'erne fremstillet ved hjælp af vores materialer udviste mere fremragende stabilitet end dem, der brugte 3-D og RP fase 2-D perovskiter, " sagde Prof. LI. "Vores uforseglede enheder kan opretholde 95 procent af den oprindelige effektivitet ved udsættelse for forskellige hårde belastninger, inklusive at blive opbevaret i omgivende luft i 4, 000 timer, opvarmet til 85 oC med relativ luftfugtighed på 85 procent i 168 timer, og konstant oplyst i 3, 000 timer."

"Den højeste effektivitet, vi opnåede fra PSC'erne lavet af vores 2-D perovskites, er lidt over 13 procent. Selvom dette er en af ​​de højeste værdier blandt 2-D PSC'er, det halter bagefter den avancerede effektivitet af 3-D PSC'er. Derfor, der skal gøres en større indsats for yderligere at forbedre effektiviteten af ​​disse 2-D PSC'er, " sagde DICP-forskerne i deres rapport.