Stabiliteten af ​​billige solceller forbedret

Stabiliteten af ​​et meget effektivt og billigt materiale til solceller er nu blevet forstærket med op til to størrelsesordener. De materielle manipulationer, der muliggjorde denne forbedring, blev udviklet i et projekt støttet af den østrigske videnskabsfond FWF - og deres "hemmelighed" blev for nylig offentliggjort i Nano bogstaver .

Bly-halogenid-perovskitter er skat af solcelleforskning:det krystallinske materiale bruges til omkostningseffektive fremstillingsprocesser og, overskrider tærsklen på 20%, har allerede opnået en enorm effektomdannelse på relativt kort tid. Dette materiale har stadig en grundlæggende ulempe, imidlertid, og det er dens ustabilitet. En nylig opdagelse af en Erwin Schrödinger Fellow i FWF, i samarbejde med Aaron Fafarman og et team af forskere fra Drexel University i Philadelphia, OS, har nu vist, at denne ustabilitet kan reduceres betydeligt gennem høje niveauer af doping med chloridioner.

Høje dopingniveauer

David Egger, som er støttet af et Schrödinger -stipendium og baseret på Institut for Materialer og Grænseflader på Weizmann Institute of Science i Israel, sammen med sine kolleger opdagede, at visse perovskitter kan indeholde høje niveauer af chloridioner (doping) - og at dette øger stabiliteten af ​​det funktionelle materiale under visse betingelser med op til to størrelsesordener.

Egger uddyber:"Vi undersøgte cæsium-bly-iodid-perovskitter. Et problem er stabiliteten af ​​den funktionelle fase af dette materiale, der interesserer os for applikationer:under praktisk relevante forhold, der sker en faseovergang, og de fremragende solcelleegenskaber går tabt næsten øjeblikkeligt. "

Fra tidligere forsøg på perovskitter inklusive chlorid i stedet for iodidioner kunne man spekulere i, at doping af materialet med chlorid kan øge dets stabilitet. Imidlertid, at opnå dette i praksis viste sig at være ekstremt vanskeligt.

Egger og hans kolleger valgte en tværfaglig tilgang til at undersøge, om chloriddoping kunne have en positiv effekt på stabiliteten af ​​cæsiumbaserede perovskitter:"Vi brugte atomistiske simuleringer til at vise, at chloridioner er mobile i perovskitkrystallen, kan let inkorporeres i værtsmaterialet, og at dette ville forbedre den mekaniske stabilitet. Vores kolleger designede en eksperimentel tilgang til at indføre klorid i perovskitmaterialet, som de opnåede ved at bruge en kemisk sintringsproces ", Egger forklarer det internationale samarbejde mellem Weizmann Institute i Israel og forskere fra Drexel University og University of Pennsylvania i USA.

Overraskende resultater

Når man analyserer stabiliteten af ​​cæsium-bly-iodid-chlorid, holdet var overrasket. Da perovskitter af blyhalogenid typisk er særligt ustabile i kontakt med vand, teamet overvåger materialestabiliteten af ​​de nye forbindelser ved forskellige fugtighedsniveauer. Ved en relativ luftfugtighed på 54 procent, halveringstiden for det nye materiales funktionelle fase var seks gange længere end kontrolprøver uden chlorid. Ved reduceret luftfugtighed på elleve procent, halveringstiden blev endnu længere. Egger kommenterer opdagelsen:"Den forbedrede halveringstid for den funktionelle perovskitfase ved en relativ luftfugtighed på elleve procent var sådan, at vi ikke længere kunne detektere en faseovergang af den chlorid-dopede perovskit inden for den maksimalt mulige måletid for vores enheder, hvilket var 96 timer. For den udopede perovskit, imidlertid, dette skete meget hurtigere, hvilket indikerer, at kloriddoping forbedrede halveringstiden med mindst 2 størrelsesordener. "Forskerne kombinerede igen deres resultater fra eksperiment og teori for at vise, at kloriddopingniveauer ud over to procent i det nyoprettede materiale ikke er mulige.

Den grundlæggende indsigt fra Egger og hans kolleger, støttet af Erwin Schrödinger Fellowship i FWF, kan nu bruges i nye tilgange til at udnytte det enorme potentiale ved perovskite solceller i endnu større kapacitet.