Ny klasse af solceller, brug af blyfri perovskitmaterialer

Blybaserede perovskiter er lovende materialer til billige og højeffektive solceller. Imidlertid, den iboende ustabilitet og toksiciteten af ​​bly (Pb) har givet anledning til alvorlige bekymringer om levedygtigheden af ​​Pb-baserede perovskitter, hindrer storskala kommercialisering af solceller og lignende enheder baseret på disse materialer. Som en alternativ løsning, Pb-fri perovskitter blev for nylig foreslået for at modvirke toksiciteten af ​​blybaserede perovskitter, men det er til ringe nytte på grund af lavere effektivitet.

En nylig undersøgelse, ledet af professor Tae-Hyuk Kwon fra School of Natural Science ved UNIST, repræsenterer et stort skridt mod udviklingen af ​​en ny generation af solceller, der anvender blyfri perovskiter. Med sine lovende elektroniske egenskaber, det nye perovskitmateriale har vist sig at fungere som en ladningsregenerator med farvesensibiliserede solceller, hvilket øger både den samlede effektivitet og stabilitet. Udgivet i november 2018-udgaven af Avancerede materialer , resultaterne vil åbne nye muligheder for anvendelse af blyfri perovskiter i solceller.

Blandt de forskellige alternativer til bly, forskerholdet brugte den ledige beordrede dobbelte perovskit (Cs ₂ SnI ₆ ). På trods af deres lovende udsigter, overfladetilstandene af Cs ₂ SnI ₆ og deres funktion forbliver stort set uklar. Dermed, en omfattende undersøgelse er nødvendig for at klarlægge disse træk ved Cs ₂ SnI ₆ til det fremtidige design af Cs ₂ SnI ₆ -baserede enheder.

Gennem dette arbejde, holdet undersøgte ladningsoverførselsmekanismen for Cs ₂ SnI ₆ med det formål at afklare funktionen af ​​dens overfladetilstand. Til dette formål, et tre-elektrodesystem blev udviklet til at observere ladningsoverførsel gennem overfladetilstanden af ​​Cs ₂ SnI ₆ . Cyklisk voltammetri og Mott-Schottky-analyser blev også brugt til at undersøge overfladetilstanden af ​​Cs ₂ SnI ₆ , hvis potentiale er relateret til dens båndgab.

Deres analyse viste, at overfladetilstanden af ​​Cs ₂ SnI ₆ er meget redoxaktiv og kan effektivt lades/aflades i nærværelse af iodid redox mediatorer. Udover, udarbejdelse af et ladningsregeneratorsystem baseret på Cs ₂ SnI ₆ bekræftede, at ladningsoverførsel fandt sted gennem overfladetilstanden af ​​Cs ₂ SnI ₆ .

"I tilfælde af Cs ₂ SnI ₆ , ladningsoverførsel skete gennem overfladetilstanden af ​​Cs ₂ SnI ₆ , " siger HyeonOh Shin i den kombinerede MS./Ph.D i kemi ved UNIST. "Dette vil hjælpe med design af fremtidige elektroniske og energienheder, ved at bruge Pb-fri perovskiter."

Baseret på denne strategi, forskerholdet konstruerede hybride solceller, ved hjælp af en Cs ₂ SnI ₆ -baseret ladningsregenerator til organiske farvefølsomme solceller (DSSC'er). Sådanne solceller genererer elektrisk strøm i den proces, hvor det oxiderede organiske farvestof vender tilbage til sin oprindelige tilstand.

"På grund af en høj mængde elektriske ladninger i organiske farvestoffer, der viser høj forbindelse med overfladetilstanden af ​​Cs ₂ SnI ₆ , mere elektrisk strøm blev genereret, " siger Byung-Man Kim i Institut for Kemi på UNIST, en anden hovedforfatter af denne undersøgelse. "Følgelig, Cs ₂ SnI ₆ viser effektiv ladningsoverførsel med et termodynamisk gunstigt ladningsacceptorniveau, opnå en 79% forbedring i fotostrømtætheden sammenlignet med den for en konventionel flydende elektrolyt."

Denne undersøgelse har vakt stor opmærksomhed blandt forskere, da den undersøgte ladningsoverførselsmekanismen for Cs ₂ SnI ₆ med det formål at afklare funktionen af ​​dens overfladetilstand. Deres resultater tyder på, at overfladetilstanden af ​​Cs ₂ SnI ₆ er den vigtigste ladningsoverførselsvej i nærvær af en redox-mediator og bør overvejes i fremtidige design af Cs ₂ SnI ₆ -baserede enheder.