Revner i perovskitfilm til solceller kan let heles, undersøgelse finder

En ny undersøgelse afslører gode nyheder om muligheden for at bruge perovskitmaterialer i næste generations solceller.

Studiet, offentliggjort i tidsskriftet Acta Materialia , finder ud af, at selvom perovskitfilm har en tendens til let at revne, disse revner heles let med en vis kompression eller en lille smule varme. Det lover godt, siger forskerne, til brug af billige perovskitter til at erstatte eller supplere dyrt silicium i solcelleteknologier.

"Effektiviteten af ​​perovskite solceller er vokset meget hurtigt og konkurrerer nu med silicium i laboratorieceller, "sagde Nitin Padture, Otis E. Randall -professoren i Brown's School of Engineering og direktør for Brown's Institute for Molecular and Nanoscale Innovation. "Alle jagter høj effektivitet, hvilket er vigtigt, men vi skal også tænke på ting som langsigtet holdbarhed og mekanisk pålidelighed, hvis vi skal bringe denne solcelleteknologi til markedet. Det var det, denne forskning handlede om. "

Perovskitter, en bred klasse af krystallinske materialer, blev første gang inkorporeret i solceller i 2009. De første perovskite solceller havde en effektomdannelseseffektivitet på omkring 4%, men nu overstiger det 25% - i det væsentlige det samme som traditionel silicium. Fordelen ved perovskite solceller er, at de kan laves til en brøkdel af siliciumomkostningerne, muligvis reducere omkostningerne ved solenergianlæg. Perovskitter kan også laves til tynde film, der er halvgennemsigtige og fleksible, potentielt rydder vejen for energiproducerende vinduer eller til lette, fleksible solceller i telte eller rygsække.

Men den billige og lette fremstilling af perovskite solceller kommer med en pris.

"I materialevidenskab, ting, der er lette at lave, har også en tendens til at være lette at bryde, "sagde Padture, der ledede undersøgelsen." Det er bestemt sandt for perovskitter, som er ret sprøde. Men her viser vi, at de også er ret lette at reparere - revner i perovskitfilm kan helbredes ved at komprimere dem eller med moderat varme. "

Til undersøgelsen, Srinivas Yadavalli, en doktorand, der arbejder i Padtures laboratorium og den første forfatter til papiret, aflejrede perovskitfilm på plastunderlag. Han bøjede derefter substratet for at lægge træk (adskille) spænding på perovskitfilmen, mens han brugte et scanningselektronmikroskop (SEM) til at detektere revner. Da filmen var revnet, forskerne bøjede derefter substratet i den modsatte retning for at se, om trykbelastning kunne helbrede disse revner.

Helt sikkert, SEM -billeddannelse viste, at revnerne var forsvundet. For at sikre, at revnerne var fuldstændig helede og ikke blot skjulte, forskerne brugte en teknik kendt som røntgendiffraktion. Ved at måle størrelsen på et materiales atomgitter, teknikken kan afsløre, om et tidligere revnet område nu er i stand til at bære en mekanisk belastning - et sikkert tegn på, at revnen er helet. Disse tests angav også fuldt helede revner.

Forskerne fandt ud af, at varme var lige så effektiv til at helbrede revner. Temperaturer omkring 100 grader Celsius - ganske beskeden opvarmning efter materialevidenskabelige standarder - var nok til helt at helbrede revner i perovskitfilm.

Padture siger, at forskningen havde til formål at bedre forstå de grundlæggende egenskaber ved perovskitmaterialer, og der skal arbejdes mere med at udvikle metoder til anvendelse af disse oplysninger i kommercielle omgivelser. Men at vide, at perovskitfilm let kan helbredes, kan være nyttigt, da denne slags solceller bevæger sig mod kommercialisering.

"Det er gode nyheder, "Padture sagde." Det tyder på, at ret enkle helbredelsesmetoder kan hjælpe med at opretholde ydeevnen i denne slags solceller. "