Uorganiske perovskit absorbere til brug i tyndfilm solceller

Et team på Helmholtz-Zentrum Berlin har haft succes med at producere uorganiske perovskit tynde film ved moderate temperaturer ved hjælp af co-evaporation - hvilket gør eftertemperering ved høje temperaturer unødvendig. Processen gør det meget nemmere at fremstille tyndfilmssolceller af dette materiale. I sammenligning med metal-organiske hybridperovskitter, uorganiske perovskitter er mere termisk stabile. Værket er udgivet i Avancerede energimaterialer .

Hold over hele verden arbejder intensivt på udviklingen af ​​perovskit-solceller. Fokus er på det, der er kendt som metal-organiske hybridperovskitter, hvis krystalstruktur er sammensat af uorganiske elementer som bly og jod samt et organisk molekyle.

Helt uorganiske perovskit-halvledere såsom CsPbI ₃ har samme krystallinske struktur som hybridperovskitter, men indeholder et alkalimetal såsom cæsium i stedet for et organisk molekyle. Dette gør dem meget mere stabile end hybridperovskitter, men kræver normalt et ekstra produktionstrin ved meget høj temperatur - flere hundrede grader Celsius. Af denne grund, uorganiske perovskit-halvledere har hidtil været svære at integrere i tyndfilmssolceller, der ikke kan modstå høje temperaturer. Et team ledet af Dr. Thomas Unold er nu lykkedes med at producere uorganiske perovskit-halvledere ved moderate temperaturer, så de måske også kan bruges i tyndfilmsceller i fremtiden.

Fysikerne designede et innovativt eksperiment, hvor de syntetiserede og analyserede mange kombinationer af materiale inden for en enkelt prøve. Ved hjælp af co-evaporation af cæsium-iodid og bly-iodid, de producerede tynde lag af CsPbI ₃ , systematisk at variere mængderne af disse elementer, mens substrattemperaturen var mindre end 60 grader Celsius.

"En kombinatorisk forskningstilgang som denne giver os mulighed for at finde optimale produktionsparametre for nye materialesystemer meget hurtigere end med den konventionelle tilgang, der typisk kræver, at 100 prøver skal produceres til 100 forskellige sammensætninger", forklarer Unold. Gennem omhyggelig analyse under syntesen og de efterfølgende målinger af de optoelektroniske egenskaber, de var i stand til at bestemme, hvordan sammensætningen af ​​den tynde film påvirker materialeegenskaberne.

Deres målinger viser, at materialets strukturelle såvel som vigtige optoelektroniske egenskaber er følsomme over for forholdet mellem cæsium og bly. Dermed, overskydende cæsium fremmer en stabil perovskitfase med god mobilitet og levetider for ladningsbærerne.

I samarbejde med HZB Young Investigator Group af prof. Steve Albrecht, disse optimerede CsPbI ₃ lag blev brugt til at demonstrere perovskit-solceller med en initial effektivitet på mere end 12 procent og stabil ydeevne tæt på 11 procent i over 1200 timer. "Vi har vist, at uorganiske perovskit-absorbere også kan være velegnede til brug i tyndfilmssolceller, hvis de kan fremstilles tilstrækkeligt. Vi mener, at der er stor plads til yderligere forbedringer", siger Unold.