Att sätta upp en försvarsmur i ett fotbollsmatch är en primär sportutmaning. Ingen tränare gillar en lucka mellan försvarsspelare i väggen. Forskare hanterar ett liknande problem för att förbättra stabiliteten hos perovskitsolceller (PSC).

Ett forskargrupp under ledning av prof. Guo Xin och prof. Li Can från Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid Chinese Academy of Sciences (CAS) förbättrade stabiliteten hos PSC genom att ta bort van der Waals -luckorna i en mycket studerad Ruddlesden -Popper (RP) -fas, tvådimensionell (2-D), skiktade perovskitmaterial.

De nyutvecklade materialen är en serie av Dion-Jacobson (DJ) fas 2-D skiktade perovskiter, som, utan luckor, har en extremt stabil struktur och kan försvara sig mot attacker från fukt, värme och ljus mer effektivt, vilket leder till enastående stabilitet hos PSC under hårda testförhållanden. Teamets resultat publicerades i Joule den 21 december.

PSC har visat stort löfte för nästa generations solceller. Dock, deras instabilitet begränsar den fortsatta utvecklingen på grund av den dåliga strukturella stabiliteten hos konventionella 3-D organiska-oorganiska hybridperovskiter, som vanligtvis används som material för lätt skörd i PSC.

De 2-D-skiktade perovskiterna har väckt stort forskningsintresse de senaste åren eftersom de erbjuder bättre stabilitet än traditionella 3D-analoger. I de flesta fallen, termen "2-D-skiktade perovskiter" avser RP-fas, där van der Waals luckor finns. Dessa luckor skapar svaga interaktioner mellan lager, vilket minskar stabiliteten hos den skiktade perovskitstrukturen och anordningen.

"I motsats till RP -fallet, våra DJ-fas 2-D-skiktade perovskiter bildas genom alternerande vätebindningar mellan organiska lager och oorganiska lager utan luckor, vilket gör deras struktur mer stabil, "sade professor Guo.

"Yttre spänningar som fukt, värme och ljus kan inte lätt försämra sådana material. Det här är precis som en försvarsmur i ett fotbollsmatch. Tänk att varje försvarsspelare är ett organiskt lager eller ett oorganiskt lager i 2-D-lager perovskiter. Om de står bredvid varandra i rad, sparkaren kan inte enkelt göra ett mål. Om det finns luckor mellan spelare i väggen, kickern kan enkelt göra mål, vilket är precis som situationen i RP 2-D skiktade perovskiter, "Förklarade Guo.

Mer energi från yttre påfrestningar behövs för att försämra DJ-fas 2-D perovskiter än deras RP-motsvarigheter. Som i en fotbollsmatch, en bananskick måste göras för att kringgå en bra försvarsmur, så det är svårare för sparkaren.

"Verkligen, PSC tillverkade med våra material uppvisade mer enastående stabilitet än de som använder 3-D och RP fas 2-D perovskiter, "sa professor LI." Våra otätade enheter kan hålla 95 procent av initial effektivitet vid exponering för olika hårda påfrestningar, inklusive förvaring i omgivande luft i 4, 000 timmar, uppvärmd till 85 oC med relativ luftfuktighet på 85 procent i 168 timmar, och lyser kontinuerligt i 3, 000 timmar. "

"Den högsta effektiviteten vi fick från PSC:erna gjorda av våra 2-D-perovskiter är drygt 13 procent. Även om detta är ett av de högsta värdena bland 2-D PSC:er, det ligger efter den toppmoderna effektiviteten hos 3D-PSC:er. Därför, mer ansträngningar måste göras för att ytterligare förbättra effektiviteten hos dessa 2-D PSC, "sa DICP -forskarna i sin rapport.