Blyfria Perovskite flim (vänster) och färgämnessensibiliserade organiska solceller (höger). Kredit:UNIST
Blybaserade perovskiter är lovande material för lågkostnads- och högeffektiva solceller. Dock, den inneboende instabiliteten och toxiciteten hos bly (Pb) har väckt allvarliga farhågor om livsdugligheten för Pb-baserade perovskiter, hindrar storskalig kommersialisering av solceller och liknande enheter baserade på dessa material. Som en alternativ lösning, Pb-fria perovskiter föreslogs nyligen för att motverka toxiciteten hos blybaserade perovskiter, men det är till liten nytta på grund av lägre effektivitet.
En nyligen genomförd studie, ledd av professor Tae-Hyuk Kwon vid School of Natural Science vid UNIST, representerar ett stort steg mot utvecklingen av en ny generation solceller som använder blyfria perovskiter. Med sina lovande elektroniska egenskaper, det nya perovskitmaterialet har visat sig fungera som en laddningsregenerator med färgsensibiliserade solceller, vilket förbättrar både den totala effektiviteten och stabiliteten. Publicerad i novembernumret 2018 av Avancerade material , resultaten kommer att öppna nya möjligheter för tillämpning av blyfria perovskiter i solceller.
Bland de olika alternativen till bly, forskargruppen använde den lediga beställda dubbelperovskiten (Cs 2 SnI 6 ). Trots deras lovande utsikter, yttillstånden för Cs 2 SnI 6 och deras funktion förblir i stort sett oklar. Således, en omfattande studie är nödvändig för att klargöra dessa egenskaper hos Cs 2 SnI 6 för den framtida designen av Cs 2 SnI 6 -baserade enheter.
Genom detta arbete, teamet undersökte laddningsöverföringsmekanismen för Cs 2 SnI 6 i syfte att klargöra funktionen av dess yttillstånd. För det här syftet, ett system med tre elektroder utvecklades för att observera laddningsöverföring genom yttillståndet hos Cs 2 SnI 6 . Cyklisk voltammetri och Mott-Schottky-analyser användes också för att undersöka yttillståndet för Cs 2 SnI 6 , vars potential är relaterad till dess bandgap.
Ovan är 3-elektrodsystemet för observation av laddningsöverföring genom yttillståndet av Cs2SnI6. Kredit:Ulsan National Institute of Science and Technology
Deras analys visade att yttillståndet för Cs 2 SnI 6 är mycket redoxaktiv och kan effektivt laddas/urladdas i närvaro av jodidrexmediatorer. Förutom, beredningen av ett laddningsregeneratorsystem baserat på Cs 2 SnI 6 bekräftade att laddningsöverföring skedde genom yttillståndet av Cs 2 SnI 6 .
"I fall av Cs 2 SnI 6 , laddningsöverföring skedde genom yttillståndet av Cs 2 SnI 6 , " säger HyeonOh Shin i den kombinerade MS./Ph.D i kemi vid UNIST. "Detta kommer att hjälpa till vid utformningen av framtida elektroniska enheter och energienheter, använder Pb-fria perovskiter."
Baserat på denna strategi, forskargruppen konstruerade hybridsolceller, använder en Cs 2 SnI 6 -baserad laddningsregenerator för organiska färgämnen-sensibiliserade solceller (DSSC). Sådana solceller genererar elektrisk ström i processen där det oxiderade organiska färgämnet återgår till sitt ursprungliga tillstånd.
Kredit:Ulsan National Institute of Science and Technology
"På grund av en hög volym av elektriska laddningar i organiska färgämnen som visar hög anslutning till yttillståndet hos Cs 2 SnI 6 , mer elektrisk ström genererades, " säger Byung-Man Kim på Institutionen för kemi vid UNIST, en annan huvudförfattare till denna studie. "Följaktligen, Cs 2 SnI 6 visar effektiv laddningsöverföring med en termodynamiskt gynnsam laddningsacceptornivå, uppnå en 79% förbättring av fotoströmdensiteten jämfört med den för en konventionell flytande elektrolyt."
Denna studie har väckt stor uppmärksamhet bland forskare, när den undersökte laddningsöverföringsmekanismen för Cs 2 SnI 6 i syfte att klargöra funktionen av dess yttillstånd. Deras resultat tyder på att yttillståndet för Cs 2 SnI 6 är den huvudsakliga laddningsöverföringsvägen i närvaro av en redoxmediator och bör övervägas i framtida design av Cs 2 SnI 6 -baserade enheter.
