Forskning om användningen av perovskitmaterial som solceller har blomstrat under de senaste åren, efter rapporter om hög energiomvandlingseffektivitet, som har fortsatt att klättra. Ny forskning publicerad i tidskriften Material idag avslöjar hur man kan förbättra livslängden för dessa solceller.
Trots det intensiva intresset för materialen för solenergiapplikationer, "att förbättra stabiliteten hos perovskitsolceller är en utmanande uppgift, " förklarar Dr Chang Kook Hong, motsvarande författare, från Chonnam National University i Sydkorea.
Perovskite är den allmänna termen för alla mineraler som har samma kristallstruktur som en viss form av kalciumtitanoxid, grävdes först upp i Uralbergen i Ryssland 1839 och uppkallades efter den ryske mineralogen L. A. Perovski. Den unika strukturen hos perovskiter kan justeras för särskilda egenskaper genom att ändra de olika katjonerna och anjonerna från vilka de bildas. I grunden strukturen har den allmänna kemiska formeln ABX3 där 'A' och 'B' representerar positivt laddade metalljoner, katjoner, som är väldigt olika i storlek, och "X" är en negativt laddad anjon som binder till båda metallkatjonerna och länkar samman dem i kristallen.
Perovskiter kan syntetiseras i laboratoriet mycket billigt och formas till tunna filmer som kan införlivas i solceller. Katjoner behöver inte vara metalljoner, men kan vara vilken positivt laddad jon som helst, såsom ammoniumjonen eller en organisk jon; förutsatt att A och B är olika stora och en lämplig negativ jon används kommer de att ge perovskitstrukturen.
Dr Hong och kollegor har utvecklat en metod som kallas samfällning för att göra en tunn film bestående av nanoporös nickeloxid som håltransporterande skikt (HTL) för en perovskitsolcell som använder den unika sammansättningen av FAPbI3 och eller MAPbBr3 som perovskitskiktet . Hål är den positiva motsvarigheten till negativa elektroner i diskussioner om elektrokemi. FAPbI3 är formamidiniumblyjodid och MAPbBr3 är metylammoniumblybromid. Dessutom, de använde en organisk luftstabil oorganisk zinkoxidnanopartikelförening som ETL (elektrontransporterande skikt) för att skydda perovskitskiktet från luft.
"Vi har framgångsrikt optimerat de metalloxidbaserade HTL- och ETL-skyddsskikten för högeffektiv perovskitabsorbator med en enkel metod som kan göra luftstabila solceller, " förklarar medförfattaren Dr. Sawanta Mali. "Vårt huvudmål är att lösa problemet med den tråkiga processen att göra konventionella tillsatsdopade, mycket dyrt, instabila HTL:er genom att ersätta lågkostnad, oorganiska luftstabila metalloxider av p- och n-typ, " tillade Dr. Mali.
Preliminära tester av deras enhets skicklighet med hjälp av dessa perovskites enhetsarkitektur visade en effektkonverteringseffektivitet på 19,10 procent (±1 procent). Strömtätheten för enheten var nästan 23 milliampere per kvadratcentimeter och den kunde generera 1,076 volt. Viktigt, enheten skulle kunna hålla fyra femtedelar av denna effektivitetsnivå vid användning i cirka fem månader.
Teamet föreslår att deras tillvägagångssätt kan leda vägen till mycket effektiva och luftstabila perovskitsolceller. "Denna teknik är begränsad till laboratorieskala, men storskalig tillverkning borde också vara möjlig med denna enhetsarkitektur, " sa Dr Hong.
