Betydelige fremskridt i stabilisering af perovskit-solceller

UCLA professor Yang Yang, medlem af California NanoSystems Institute, er en verdenskendt innovatør af solcelleteknologi, hvis team i de senere år har udviklet næste generation af solceller konstrueret af perovskit, som har en bemærkelsesværdig effektivitet ved at omdanne sollys til elektricitet.

På trods af denne succes, den sarte natur af perovskit - en meget let, fleksibel, organisk-uorganisk hybridmateriale - stoppede yderligere udvikling hen imod dets kommercialiserede anvendelse. Når de udsættes for luft, perovskitceller brød ned og desintegrerede inden for få timer til få dage. Cellerne forringes endnu hurtigere, når de også blev udsat for fugt, hovedsageligt på grund af perovskittens hydroskopiske natur.

Nu har Yangs team erobret den primære vanskelighed ved perovskit ved at beskytte den mellem to lag metaloxid. Dette er et betydeligt fremskridt hen imod stabilisering af perovskit-solceller. Deres nye cellekonstruktion forlænger cellens effektive levetid i luft med mere end 10 gange, med kun et marginalt tab af effektivitet, der omdanner sollys til elektricitet.

Undersøgelsen blev offentliggjort online 12. oktober i tidsskriftet Natur nanoteknologi . Postdoc Jingbi You og kandidatstuderende Lei Meng fra Yang Lab var hovedforfatterne på papiret.

"Der har været meget optimisme omkring perovskit-solcelleteknologi, " sagde Meng. Om mindre end to år, Yang-teamet har forbedret perovskit-solcelleeffektiviteten fra mindre end 1 procent til tæt på 20 procent. "Men dens korte levetid var en begrænsende faktor, som vi har forsøgt at forbedre, siden vi udviklede perovskitceller med høj effektivitet."

Yang, der har Carol og Lawrence E. Tannas, Jr., Uddannet Chair i Engineering ved UCLA, sagde, at der er flere faktorer, der fører til hurtig forringelse i normalt lagdelte perovskit-solceller. Den mest betydningsfulde, Yang sagde, var, at det meget brugte øverste organiske bufferlag har dårlig stabilitet og ikke effektivt kan beskytte perovskitlaget mod fugt i luften, hurtigere celleforringelse. Bufferlagene er vigtige for cellekonstruktion, fordi elektricitet genereret af cellen udvindes gennem dem.

Meng sagde, at i denne undersøgelse erstattede holdet de organiske lag med metaloxidlag, der ligger sammen med perovskitlaget, beskytter den mod fugt. Forskellen var dramatisk. Metaloxidcellerne holdt 60 dage i fri luft ved stuetemperatur, bevarer 90 procent af deres oprindelige solkonverteringseffektivitet. "Med denne perfektionerede teknik har vi forbedret stabiliteten markant."

Det næste skridt for Yang-teamet er at gøre metaloxidlagene mere kondenserede for bedre effektivitet og forsegle solcellen for endnu længere levetid uden tab af effektivitet. Yang forventer, at denne proces kan skaleres op til stor produktion, nu hvor hovedproblemet med perovskit er løst.