Konsumenter över hela världen efterfrågar grönare energikällor; därför, optimering av prestanda och ekonomisk lönsamhet för solceller är ett viktigt forskningsfokus. Att förbättra effektiviteten hos perovskitsolceller har varit en särskild prioritet; dock, mindre vikt har lagts på att förstå vad som gör att cellprestandan försämras. Nu, färska rön från forskare vid University of Tsukuba ger en mikroskopisk studie av perovskitsolceller för att ta itu med kunskapsklyftan.

Organiska-oorganiska hybridperovskiter är attraktiva material för användning i solceller eftersom de är lätta och billiga att förbereda och absorberar ljus över ett brett våglängdsområde. Solceller som använder perovskitlager som fotoaktivt material förbättras ständigt, med särskilt fokus på deras effektomvandlingseffektivitet (PCE), som nu kan överstiga 25 %.

Dock, Att enbart fokusera på att förbättra PCE kan få forskare att missa de betydande steg framåt som kan bli resultatet av en mer detaljerad förståelse av de underliggande mekanismerna. Till exempel, frågan om vad som gör att perovskitsolcellers prestanda försämras är en viktig fråga som inte har fått ett heltäckande svar.

Externa faktorer som syre och fukt i luften är kända för att äventyra perovskitskikten. Dock, de inre förändringarna som påverkar cellers prestanda är inte lika väl förstådda. Forskarna har därför undersökt försämringsmekanismen med hjälp av elektronspinresonans (ESR) spektroskopi.

"Vi utförde ESR-spektroskopi på perovskitsolceller medan de användes, vilket gav oss en realtidsbild av förändringarna på molekylär nivå, ", förklarar den motsvarande författaren professor Kazuhiro Marumoto. "Särskilt, vi observerade avgifterna och defekterna, och relaterade spinntillstånd, i solcellskikten medan solcellernas strömspänningsegenskaper mättes. Detta gjorde det möjligt för oss att förstå sambanden mellan dessa faktorer."

Denna fördjupade undersökning av perovskit-solceller i drift visade att förändringar i spinntillstånden beror på förändringar i håltransport samt bildandet av gränssnitts elektriska dipolskikt. Man drog därför slutsatsen att cellförsämring kunde förhindras genom att förbättra laddningsrörligheten i håltransportmaterialet och förhindra bildning av elektriska dipolskikt.

"Att konstatera att förändringar i spinntillstånd är korrelerade med enhetens prestanda har väsentligt utvidgat vår förståelse för perovskit -solceller, " Professor Marumoto säger. "Vi hoppas att våra resultat kommer att ge en värdefull ny utgångspunkt för den fortsatta utvecklingen av solceller och hjälpa till att påskynda verkligheten av kostnadseffektiv grön energi."