Kilde: scitechdaily.com
Forskere fra Rice University-materialer bruger uorganiske ingredienser til at begrænse defekter og bevare effektiviteten.
Forskere fra Rice University mener, at de har overvundet en stor hindring, der forhindrer perovskit-baserede solceller i at opnå mainstream-brug.
Rice University postdoktorisk forsker Jia Liang har perovskite solceller udviklet med alle uorganiske materialer. Kontrol af defekter i cellerne ved at eliminere organiske komponenter gjorde dem mere robuste, mens de bevarede deres effektomdannelseseffektivitet. Kredit: Jeff Fitlow / Rice University
Gennem den strategiske anvendelse af elementet indium til at erstatte noget af blyet i perovskitter, siger rismaterialforsker Jun Lou og hans kolleger ved Brown School of Engineering, at de er bedre i stand til at konstruere defekterne i cesium-bly-iodid-solceller, som påvirker forbindelsens båndgap, en kritisk egenskab i solcelleeffektivitet.
Som en sidefordel kan laboratoriets nyligt formulerede celler fremstilles i fri luft og vare i måneder snarere end dage med en solkonverteringseffektivitet lidt over 12%.
Rice-holdets resultater blev offentliggjort i Advanced Materials i går, den 4. november, 2019.
Perovskitter er krystaller med kublignende gitter, der er kendt for at være effektive lyshøstere, men materialerne er tilbøjelige til at blive stresset af lys, fugtighed og varme.
Ikke Rice-perovskitterne, sagde Lou.
”Fra vores perspektiv er dette noget nyt, og jeg synes, det repræsenterer et vigtigt gennembrud,” sagde han. ”Dette er forskelligt fra de traditionelle, almindelige perovskitter, som folk har talt om i 10 år - de uorganiske-organiske hybrider, der giver dig den hidtil højeste effektivitet registreret, ca. 25%. Men problemet med den type materiale er dets ustabilitet.
”Ingeniører udvikler afdækningslag og ting for at beskytte disse dyrebare, følsomme materialer mod miljøet,” sagde Lou. ”Men det er svært at gøre en forskel med selve de i sig selv ustabile materialer. Derfor har vi tænkt os at gøre noget andet. ”
Et elektronmikroskopbillede viser et tværsnit af den uorganiske perovskit solcelle udviklet ved Rice University. Fra toppen er lagene en carbonelektrode, perovskit, titaniumoxid, fluordoping tinoxid og glas. Skalaen er 500 nanometer. Kredit: Lou Group / Rice University
Ris postdoktorisk forsker og hovedforfatter Jia Liang og hans team byggede og testede perovskitiske solceller af uorganisk cæsium, bly og iodid, netop cellerne, der har tendens til at mislykkes hurtigt på grund af defekter. Men ved at tilføje brom og indium var forskerne i stand til at dæmpe defekter i materialet og hæve effektiviteten over 12% og spændingen til 1,20 volt.
Som en bonus viste materialet sig at være usædvanligt stabilt. Cellerne blev fremstillet under omgivende betingelser, idet de stod op til Houstons høje fugtighed, og indkapslede celler forblev stabile i luft i mere end to måneder, langt bedre end de få dage, som almindelig cesium-bly-iodid-celler varede.
Et skematisk billede viser en uorganisk perovskit solcelle udviklet af materialeforskere ved Rice University. Kredit: Lou Group / Rice University
”Den højeste effektivitet for dette materiale kan være omkring 20%, og hvis vi kan komme dertil, kan dette være et kommercielt produkt,” sagde Liang. ”Det har fordele i forhold til siliciumbaserede solceller, fordi syntesen er meget billig, den er løsningsbaseret og let at skalere. Grundlæggende spreder du det bare på et underlag, lader det tørre ud, og du har din solcelle. ”
Reference: “Defekt – ingeniør-aktiveret all-uorganisk perovskit solceller med høj effektivitet” af Jia Liang, Xiao Han, Ji-Hui Yang, Boyu Zhang, Qiyi Fang, Jing Zhang, Qing Ai, Meredith M. Ogle, Tanguy Terlier, Angel A. Martí og Jun Lou, 4. november 2019, Advanced Materials .
DOI: 10.1002 / adma.201903448
Medforfattere til papiret er Xiao Han fra det nordvestlige polytekniske universitet, Kina; Ji-Hui Yang fra Fudan University, Shanghai; og Rice-studerende Boyu Zhang, Qiyi Fang, Meredith Ogle, postdoktor Jing Zhang, akademisk besøgende Qing Ai, forskningspecialist Tanguy Terlier og Angel Martí, lektor i kemi, bioingeniør og materialevidenskab og nanoengineering. Lou er professor i materialevidenskab og nanoengineering og kemi.
Peter M. og Ruth L. Nicholas postdoktoralt stipendium i nanoteknologi, Welch Foundation, China Scholarship Council og National Science Foundation støttede forskningen.
