För att minimera förlusten av elektroner från CsPbI3 (röd, mittlager) i intilliggande lager, det är viktigt att energinivåerna (eV, på grafen) för alla lager är lika. Kredit:OIST
Kisel dominerar solenergiprodukter - det är stabilt, billigt och effektivt att förvandla solljus till el. Allt nytt material som tar på sig kisel måste tävla och vinna på dessa grunder. Som ett resultat av ett internationellt forskningssamarbete, Shanghai Jiao Tong University, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), och Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) har hittat ett stabilt material som effektivt skapar elektricitet - vilket kan utmana kiselhegemonin.
Skriver in Vetenskap , de samarbetande teamen visar hur materialet CsPbI 3 har stabiliserats i en ny konfiguration som kan uppnå hög konverteringseffektivitet. CsPbI 3 är en oorganisk perovskit, en grupp material som blir populär i solvärlden på grund av deras höga effektivitet och låga kostnad. Denna konfiguration är anmärkningsvärd eftersom stabilisering av dessa material historiskt sett har varit en utmaning.
"Vi är nöjda med resultaten som tyder på att CsPbI 3 kan konkurrera med branschledande material, "säger professor Yabing Qi, chef för OIST:s enhet för energimaterial och ytvetenskap, som ledde på den ytvetenskapliga aspekten av studien.
"Från detta preliminära resultat kommer vi nu att arbeta med att öka materialets stabilitet - och kommersiella utsikter."
Justering av energinivå
CsPbI 3 studeras ofta i sin alfa -fas, en välkänd konfiguration av kristallstrukturen lämpligen känd som den mörka fasen på grund av dess svarta färg. Denna fas är särskilt bra för att absorbera solljus. Tyvärr, den är också instabil - och strukturen bryts snabbt ned till en gulaktig form, mindre förmåga att absorbera solljus.
Denna studie undersökte istället kristallen i sin betafas, ett mindre välkänt arrangemang av strukturen som är mer stabil än dess alfa-fas. Även om denna struktur är mer stabil, det visar relativt låg effektomvandlingseffektivitet.
Denna låga verkningsgrad beror delvis på sprickor som ofta uppstår i tunnfilms solceller. Dessa sprickor orsakar förlust av elektroner i intilliggande lager i solcellen - elektroner som inte längre kan flöda som elektricitet. Teamet behandlade materialet med en kolinjodidlösning för att läka dessa sprickor, och denna lösning optimerade också gränssnittet mellan lager i solcellen, känd som energinivåjustering.
"Elektroner flyter naturligt till material med lägre potentialenergi för elektroner, så det är viktigt att de intilliggande lagrenas energinivåer liknar CsPbI 3 , "säger Dr Luis K. Ono, en medförfattare från professor Qis laboratorium. "Denna synergi mellan lager resulterar i att färre elektroner går förlorade - och att mer elektricitet genereras."
OIST -teamet, stöds av OIST Technology Development and Innovation Center, använde ultraviolett fotoemissionsspektroskopi för att undersöka energinivåjusteringen mellan CsPbI 3 och de intilliggande skikten. Dessa data visade hur elektroner sedan kan röra sig fritt genom de olika skikten, generera el.
Resultaten visade en låg förlust av elektroner till intilliggande lager efter behandling med kolinjodid - på grund av bättre energinivåjusteringar mellan lagren. Genom att reparera sprickorna som naturligt dyker upp, denna behandling ledde till en ökning av konverteringseffektiviteten från 15 procent till 18 procent.
Även om det språnget kan verka litet, det ger CsPbI 3 inom området certifierad effektivitet, de konkurrensvärden som konkurrerande solmaterial erbjuder. Även om detta tidiga resultat är lovande, oorganisk perovskit halter fortfarande. För CsPbI 3 att verkligen tävla med kisel, laget kommer sedan att arbeta med treenigheten av faktorer som gör att kisels regering kan fortsätta - stabilitet, kosta, och effektivitet.
