• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • All-perovskite tandem solceller med 24,8% verkningsgrad

    Ett fotografi av en helt perovskite tandem solcell tillverkad av forskarna. Kredit:Lin et al.

    Ett team av forskare vid Nanjing University i Kina och University of Toronto i Kanada har nyligen tillverkat tandemsolceller med helt perovskite (PSC), en typ av solceller med en viktig perovskitstrukturerad komponent. Dessa nya solceller, presenteras i en tidning som presenteras i Naturenergi , uppnådde anmärkningsvärd effektivitet, överträffar andra befintliga lösningar.

    "Den första idén för detta forskningsarbete var att göra tandemsolceller i hel perovskite som kunde vara mer effektiva än perovskitsolceller med en korsning, "Haren Tan, huvudforskaren för studien, berättade TechXplore.

    Perovskiter är en grupp mineraler som har samma kristallstruktur som perovskit, en gul, brunt eller svart mineral som till stor del består av kalciumtitanat. Under de senaste åren, flera forskarlag världen över har försökt utveckla solceller med detta material, vanligtvis använder antingen bredbandspalt (~ 1,8 eV) eller smalbandspalt (~ 1,2 eV) perovskiter.

    Tillverkning av helperovskite tandemsolceller, kombinerar alltså perovskiter med breda och smala band, skulle kunna leda till en högre effektomvandlingseffektivitet (PCE) än den som uppnås av engångsceller utan att tillverkningskostnaderna ökar. För att bygga denna nya typ av solceller, dock, forskare måste hitta ett sätt att förbättra prestandan för varje subcell, samtidigt som cellerna med breda bandgap och smala bandgap integreras synergistiskt.

    "Tyvärr, tidigare rapporterade blandade Pb-Sn perovskitsolceller med smalt bandgap har uppvisat låg verkningsgrad (PCE~18-20 procent) och låg kortslutningsströmtäthet (J sc ~ 28-30 mA/cm 2 ), " sa Tan. "Dessa ligger långt under sin potential, och under prestandan för de bästa Pb-baserade enkelkorsade perovskitcellerna."

    Den främsta orsaken till den dåliga prestanda som observerats i tidigare utvecklade smalbandiga perovskitsolceller är att en av deras nyckelkomponenter, känd som Sn 2+ , oxideras lätt till Sn 4+ . Som ett resultat, den resulterande cellfilmen uppvisar höga fälltätheter och korta bärardiffusionslängder. I deras studie, Tan och hans kollegor ville hitta lösningar som kunde hjälpa till att övervinna denna begränsning.

    "Vårt huvudmål i detta arbete är att initiera en strategi för att öka spridningen av perovskitsolceller med smala bandgap och därmed uppnå bättre presterade tandemsolceller, ", sa Tan. "Sn lediga platser orsakas vanligtvis av införlivandet av Sn 4+ (en produkt av Sn 2+ oxidation) i de blandade Pb-Sn-perovskiterna. Vi ansåg att en ny strategi för att förhindra oxidation av Sn 2+ i prekursorlösningen kan dramatiskt förbättra laddningsbärarens diffusionslängd."

    Tan och hans kollegor introducerade ett nytt kemiskt tillvägagångssätt som i slutändan kan förbättra prestandan hos PSC:er. Detta tillvägagångssätt är baserat på en proportioneringsreaktion som leder till avsevärda framsteg i laddningsbärardiffusionslängderna för blandade Pb-Sn smalbandiga perovskiter.

    Tidigare föreslagna tillvägagångssätt kännetecknas alla av diffusionslängder under mikrometer, vilket kan försämra cellens totala effektivitet. I sitt arbete, å andra sidan, Tan och hans kollegor uppnådde en diffusionslängd på 3 μm; ett anmärkningsvärt resultat som möjliggör prestandarekordbrytande Pb-Sn-celler och helt perovskite tandemceller.

    "Vi uppnådde detta genom att utveckla en tennreducerad prekursorlösningsstrategi som returnerar Sn 4+ (en oxidationsprodukt av Sn 2+ ) tillbaka till Sn 2+ via en proportioneringsreaktion i prekursorlösningen, "Förklarade Tan.

    Oxidationen av tennhaltiga perovskiter har varit ett avgörande problem för utvecklingen av solceller med en perovskitkomponent, eftersom det kan påverka deras prestanda negativt och därmed hindra deras tillämpning i en mängd olika miljöer. Det nya kemiska tillvägagångssättet som introducerades av Tan och hans kollegor ger en alternativ väg för tillverkning av tandemsolceller med användning av tenninnehållande perovskit med smalt bandgap, vilket leder till mer stabila och effektiva celler.

    "Vårt arbete visar också att den elektroniska kvaliteten hos tenninnehållande perovskiter kan vara jämförbar med den hos blyhalogenidperovskiter som har visat effektivitet liknande kristallina kiselceller, " Tan tillade. "Vi tvivlar inte på att vår tandemmetod äntligen kommer att erbjuda oss en väg till mycket billiga, men ändå mycket effektiva solenergiapparater."

    I deras studie, Tan och hans kollegor använde sitt kemiska tillvägagångssätt för att tillverka monolitiska helperovskit-tandemceller och testade sedan deras prestanda. De fann att deras tandemceller fick imponerande oberoende certifierade PCE på 24,8 procent för enheter med liten yta (0,049 cm) 2 ) och 22,1 procent för enheter med stor yta (1,05 cm 2 ).

    Dessutom, cellerna behöll 90 procent av sin prestanda efter att ha arbetat i över 400 timmar vid sin maximala effektpunkt under full solbelysning. I framtiden, det tillvägagångssätt som detta team av forskare introducerade skulle kunna bidra till utvecklingen av mer effektiva och kostnadseffektiva solcellsdrivna enheter.

    "Vi planerar nu att ytterligare förbättra effektomvandlingseffektiviteten för tandemsolceller med helt perovskite över 28 procent, " Tan sa. "Det första möjliga sättet att uppnå detta kommer att vara att minska fotospänningsförlusten i den breda bandgap perovskite solcellen. En annan möjlighet är att minska de optiska förlusterna i tunnelrekombinationsövergången."

    © 2019 Science X Network




    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com