Källa: scitechdaily.com
Rice University materialforskare använder oorganiska ingredienser för att begränsa defekter, behålla effektiviteten.
Forskare från Rice University tror att de har övervunnit ett stort hinder som hindrar perovskitbaserade solceller från att uppnå vanlig användning.
Rice University postdoktor forskare Jia Liang innehar perovskite solceller utvecklade med allt oorganiskt material. Att kontrollera defekter i cellerna genom att eliminera organiska komponenter gjorde dem mer robusta och bibehöll sin effektomvandlingseffektivitet. Kredit: Jeff Fitlow / Rice University
Genom den strategiska användningen av elementet indium för att ersätta en del av blyet i perovskiter, säger rismaterialforskaren Jun Lou och hans kollegor vid Brown School of Engineering att de bättre kan konstruera defekterna i cesium-bly-jodid-solceller som påverka föreningens bandgap, en kritisk egenskap för solcelleffektivitet.
Som en sidofördel kan laboratoriets nyligen formulerade celler tillverkas i friluft och pågå i månader snarare än dagar med en solomvandlingseffektivitet något över 12%.
Rislagets resultat publicerades i Advanced Materials igår, 4 november, 2019.
Perovskiter är kristaller med kubliknande gitter som är kända för att vara effektiva ljusskördare, men materialen tenderar att vara stressade av ljus, fuktighet och värme.
Inte risperovskiterna, sa Lou.
"Ur vårt perspektiv är detta något nytt och jag tror att det representerar ett viktigt genombrott," sade han. ”Detta skiljer sig från de traditionella, vanliga perovskiterna som folk har pratat om i tio år - de oorganiska-organiska hybriderna som ger dig den hittills högsta effektiviteten, cirka 25%. Men problemet med den typen av material är dess instabilitet.
"Ingenjörer utvecklar täckskikt och saker för att skydda dessa värdefulla, känsliga material från miljön," sade Lou. ”Men det är svårt att göra en skillnad med själva instabila materialen. Det är därför vi försökte göra något annat. ”
En elektronmikroskopbild visar ett tvärsnitt av den alloorganiska perovskitiska solcellen utvecklad vid Rice University. Från toppen är skikten en kolelektrod, perovskite, titanoxid, fluordopad tennoxid och glas. Skalstången är 500 nanometer. Kredit: Lou Group / Rice University
Ris postdoktorisk forskare och huvudförfattare Jia Liang och hans team byggde och testade perovskite solceller av oorganiskt cesium, bly och jodid, själva cellerna som tenderar att misslyckas snabbt på grund av defekter. Men genom att lägga till brom och indium kunde forskarna stoppa defekter i materialet och höja effektiviteten över 12% och spänningen till 1,20 volt.
Som en bonus visade sig materialet vara exceptionellt stabilt. Cellerna bereddes under omgivande förhållanden, tålande Houstons höga luftfuktighet, och inkapslade celler förblev stabila i luft i mer än två månader, mycket bättre än de få dagar som vanliga cesium-bly-jodidceller varade.
En schematisk vy visar en helt oorganisk perovskit solcell utvecklad av materialforskare vid Rice University. Kredit: Lou Group / Rice University
"Den högsta effektiviteten för detta material kan vara cirka 20%, och om vi kan komma dit kan det vara en kommersiell produkt," sade Liang. ”Det har fördelar jämfört med kiselbaserade solceller eftersom syntes är mycket billig, den är lösningsbaserad och lätt att skala upp. I princip sprider du bara det på ett underlag, låter det torka ut och du har din solcell. ”
Hänvisning: “Defect – Engineering – Enabled High-Effective All – Oorganic Perovskite Solar Cells” av Jia Liang, Xiao Han, Ji ‐ Hui Yang, Boyu Zhang, Qiyi Fang, Jing Zhang, Qing Ai, Meredith M. Ogle, Tanguy Terlier, Angel A. Martí och Jun Lou, 4 november 2019, Advanced Materials .
DOI: 10.1002 / adma.201903448
Medförfattare till uppsatsen är Xiao Han från Northwestern Polytechnical University, Kina; Ji-Hui Yang från Fudan University, Shanghai; och risstudenter Boyu Zhang, Qiyi Fang, Meredith Ogle, postdoktor Jing Zhang, akademisk besökare Qing Ai, forskningspecialist Tanguy Terlier och Angel Martí, docent i kemi, bioingenjör och materialvetenskap och nanoengineering. Lou är professor i materialvetenskap och nanoengineering och kemi.
Peter M. och Ruth L. Nicholas postdoktoralt stipendium i nanoteknologi, Welch-stiftelsen, China Scholarship Council och National Science Foundation stödde forskningen.
