En elektronmikroskopbild visar ett tvärsnitt av den helt oorganiska perovskitsolcellen som utvecklats vid Rice University. Från toppen, skikten är en kolelektrod, perovskite, titanoxid, fluordopad tennoxid och glas. Skalstången är lika med 500 nanometer. Kredit:Lou Group/Rice University
Rice University forskare tror att de har övervunnit ett stort hinder som hindrar perovskitbaserade solceller från att uppnå vanlig användning.
Genom den strategiska användningen av grundämnet indium för att ersätta en del av blyet i perovskiter, Rismaterialforskaren Jun Lou och hans kollegor vid Brown School of Engineering säger att de är bättre i stånd att konstruera defekterna i cesium-bly-jodid solceller som påverkar föreningens bandgap, en kritisk egenskap i solcellseffektivitet.
Som en sidofördel, labbets nyformulerade celler kan tillverkas utomhus och hålla i månader snarare än dagar med en solomvandlingseffektivitet något över 12 %.
Rice-teamets resultat visas i Avancerade material .
Perovskiter är kristaller med kubliknande galler som är kända för att vara effektiva ljusskördare, men materialen tenderar att stressas av ljus, fukt och värme.
Inte risperovskiterna, sa Lou.
"Från vårt perspektiv, det här är något nytt och jag tror att det representerar ett viktigt genombrott, " sa han. "Detta skiljer sig från det traditionella, mainstream perovskites som folk har pratat om i 10 år – de oorganiska-organiska hybriderna som ger dig den högsta effektiviteten hittills registrerat, cirka 25 %. Men problemet med den typen av material är dess instabilitet.
Ett prov på helt oorganisk perovskitsolcell är ett steg mot kommersiell användning, enligt forskare vid Rice University. Deras upptäckt av ett sätt att släcka defekter i cesium-bly-jodid solceller gjorde det möjligt för dem att bevara materialets bandgap, en kritisk egenskap i solcellseffektivitet. Kredit:Jeff Fitlow/Rice University
"Ingenjörer utvecklar täckskikt och saker för att skydda dessa värdefulla, känsliga material från miljön, ", sa Lou. "Men det är svårt att göra skillnad med själva de i sig instabila materialen. Det är därför vi satsade på att göra något annorlunda."
Rice postdoktor och huvudförfattare Jia Liang och hans team byggde och testade perovskitsolceller av oorganiskt cesium, bly och jodid, just de celler som tenderar att misslyckas snabbt på grund av defekter. Men genom att tillsätta brom och indium, forskarna kunde eliminera defekter i materialet, höjer verkningsgraden över 12 % och spänningen till 1,20 volt.
En schematisk vy visar en helt oorganisk perovskitsolcell utvecklad av materialforskare vid Rice University. Kredit:Lou Group/Rice University
Som en bonus, materialet visade sig vara exceptionellt stabilt. Cellerna preparerades under omgivande förhållanden, stå emot Houstons höga luftfuktighet, och inkapslade celler förblev stabila i luft i mer än två månader, mycket bättre än de få dagar som vanliga cesium-bly-jodidceller varade.
"Den högsta effektiviteten för detta material kan vara cirka 20%, och om vi kan komma dit, detta kan vara en kommersiell produkt, ", sa Liang. "Det har fördelar jämfört med kiselbaserade solceller eftersom syntes är mycket billigt, det är lösningsbaserat och lätt att skala upp. I grund och botten, du bara sprider det på ett underlag, låt det torka ut, och du har din solcell."
