Kilde: scitechdaily.com
Materialerforskere fra Rice University bruker uorganiske ingredienser for å begrense feil og beholde effektiviteten.
Forskere fra Rice University mener at de har overvunnet et stort hinder for å hindre at perovskittbaserte solceller oppnår mainstream-bruk.
Rice University postdoktor Jia Liang har perovskite solceller utviklet med alt uorganiske materialer. Kontroll av defekter i cellene ved å eliminere organiske komponenter gjorde dem mer robuste og samtidig beholde sin kraftkonverteringseffektivitet. Kreditt: Jeff Fitlow / Rice University
Gjennom den strategiske bruken av elementet indium for å erstatte noe av blyet i perovskitter, sier risstoffforsker Jun Lou og hans kolleger ved Brown School of Engineering at de er bedre i stand til å konstruere manglene i cesium-bly-jodid solceller som påvirke forbindelsens båndgap, en kritisk egenskap for solcelleeffektivitet.
Som en sidefordel kan laboratoriets nylig formulerte celler lages i friluft og vare i måneder i stedet for dager med en solkonverteringseffektivitet litt over 12%.
Rice-lagets resultater ble publisert i Advanced Materials i går 4. november 2019.
Perovskitter er krystaller med kubelaktig gitter som er kjent for å være effektive lyshøstere, men materialene har en tendens til å bli stresset av lys, fuktighet og varme.
Ikke Rice-perovskittene, sa Lou.
"Fra vårt perspektiv er dette noe nytt, og jeg tror det representerer et viktig gjennombrudd," sa han. Dette er forskjellig fra de tradisjonelle, alminnelige perovskittene som folk har snakket om i 10 år - de uorganiske-organiske hybrider som gir deg den høyeste effektiviteten hittil registrert, omtrent 25%. Men problemet med den typen materiale er ustabiliteten.
"Ingeniører utvikler dekklagger og ting for å beskytte dyrebare, sensitive materialer fra omgivelsene," sa Lou. “Men det er vanskelig å gjøre en forskjell med selve det ustabile materialet. Derfor har vi tenkt å gjøre noe annerledes. ”
Et elektronmikroskopbilde viser et tverrsnitt av den allorganiske perovskitt solcellen utviklet ved Rice University. Fra toppen er lagene en karbonelektrode, perovskitt, titanoksyd, fluordopet tinnoksyd og glass. Skalaen er 500 nanometer. Kreditt: Lou Group / Rice University
Ris postdoktorisk forsker og hovedforfatter Jia Liang og teamet hans bygde og testet perovskite solceller av uorganisk cesium, bly og jodid, selve cellene som har en tendens til å mislykkes raskt på grunn av defekter. Men ved å tilsette brom og indium, klarte forskerne å dempe feil i materialet og øke effektiviteten over 12% og spenningen til 1,20 volt.
Som en bonus viste materialet seg å være usedvanlig stabilt. Cellene ble fremstilt under omgivelsesbetingelser, og holdt seg mot Houstons høye fuktighet, og innkapslede celler forble stabile i luft i mer enn to måneder, langt bedre enn de få dagene som vanlige cesium-bly-jodidceller varte.
Et skjematisk syn viser en all-uorganisk perovskitt solcelle utviklet av materialforskere ved Rice University. Kreditt: Lou Group / Rice University
"Den høyeste effektiviteten for dette materialet kan være rundt 20%, og hvis vi kan komme dit, kan dette være et kommersielt produkt," sa Liang. "Det har fordeler fremfor silisiumbaserte solceller fordi syntesen er veldig billig, den er løsningsbasert og enkel å skalere opp. I utgangspunktet sprer du det bare på et underlag, lar det tørke ut, og du har solcellen. ”
Henvisning: “Defect ‐ Engineering ‐ Enabled High-Efficiency All ‐ Inorganic 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 og Jun Lou, 4. november 2019, Advanced Materials .
DOI: 10.1002 / adma.201903448
Medforfattere av papiret er Xiao Han fra Northwestern Polytechnical University, Kina; Ji-Hui Yang fra Fudan University, Shanghai; og Rice-studenter Boyu Zhang, Qiyi Fang, Meredith Ogle, postdoktor Jing Zhang, akademisk besøkende Qing Ai, forskningspesialist Tanguy Terlier og Angel Martí, førsteamanuensis i kjemi, bioingeniørarbeid og materialvitenskap og nanoengineering. Lou er professor i materialvitenskap og nanoengineering, og i kjemi.
Peter M. og Ruth L. Nicholas postdoktorgradsstipend i nanoteknologi, Welch-stiftelsen, China Scholarship Council og National Science Foundation støttet forskningen.