Lyser på, hvad der virkelig sker i perovskit-solceller

Forbrugere verden over efterspørger grønnere energikilder; derfor, optimering af solcellers ydeevne og økonomiske levedygtighed er et vigtigt forskningsfokus. Forbedring af effektiviteten af ​​perovskit-solceller har været en særlig prioritet; imidlertid, der er lagt mindre vægt på at forstå, hvad der gør, at cellens ydeevne forringes. Nu, nylige resultater fra forskere ved University of Tsukuba giver en undersøgelse på mikroskopisk niveau af perovskit-solceller for at løse videnskløften.

Organisk-uorganiske hybridperovskitter er attraktive materialer til brug i solceller, fordi de er nemme og billige at fremstille og absorberer lys over en lang række bølgelængder. Solceller, der bruger perovskitlag som det fotoaktive materiale, bliver løbende forbedret, med et særligt fokus på deres strømkonverteringseffektivitet (PCE), som nu kan overstige 25 %.

Imidlertid, alene fokus på at forbedre PCE'er kan få forskere til at gå glip af de væsentlige skridt fremad, der kan følge af en mere detaljeret forståelse af de underliggende mekanismer. For eksempel, Spørgsmålet om, hvad der får perovskit-solcellers ydeevne til at forringes, er et vigtigt spørgsmål, som ikke er blevet udtømmende besvaret.

Eksterne faktorer såsom ilt og fugt i luften er kendt for at kompromittere perovskitlag. Imidlertid, de interne ændringer, der påvirker cellernes ydeevne, er ikke så godt forstået. Forskerne har derfor undersøgt forringelsesmekanismen ved hjælp af elektronspinresonans (ESR) spektroskopi.

"Vi udførte ESR-spektroskopi på perovskit-solceller, mens de var i brug, hvilket gav os et realtidsbillede af ændringerne på molekylært niveau, ", forklarer den tilsvarende forfatter professor Kazuhiro Marumoto. "Specielt, vi observerede afgifter og mangler, og relaterede spintilstande, i solcellelagene, mens solcellernes strøm-spændingskarakteristika blev målt. Dette gjorde det muligt for os at forstå sammenhængen mellem disse faktorer."

Denne dybdegående undersøgelse af perovskit-solceller i drift viste, at ændringer i spin-tilstandene skyldes ændringer i hultransport samt dannelsen af ​​grænseflade-elektriske dipollag. Det blev derfor konkluderet, at celleforringelse kunne forhindres ved at forbedre ladningsmobiliteten i hultransportmaterialet og forhindre dannelse af elektriske dipollag.

"At fastslå, at ændringer i spin-tilstande er korreleret med enhedens ydeevne, har betydeligt udvidet vores forståelse af perovskit-solceller, " Professor Marumoto siger. "Vi håber, at vores resultater vil give et værdifuldt nyt udgangspunkt for den fortsatte udvikling af solceller og hjælpe med at accelerere virkeligheden af ​​omkostningseffektiv grøn energi."