Fotovoltaiska (PV) celler, som kan generera energi från solen, kan vara mycket användbart för att hantera den pågående miljökrisen. Perovskit PV -celler, celler tillverkade av metallhalogenider perovskit halvledare, har nyligen visat sig vara särskilt lovande, eftersom forskare har lyckats förbättra sin effektomvandlingseffektivitet väsentligt, från 3,8% hela vägen till 25,2%.

Deras anmärkningsvärda effektivitet gör perovskiter till en ledande utmanare i utvecklingen av nästa generation av lågtemperaturbearbetbara PV-tekniker. Perovskit PV-celler kan ha två huvuddesignarketyper:den så kallade reguljära (n-i-p) strukturen och den inverterade (p-i-n) strukturen. Än så länge, celler med en vanlig struktur har uppnått högsta effektomvandlingseffektivitet, medan de med en omvänd struktur har uppnått mycket längre driftstider.

Forskare vid King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) och University of Toronto kunde nyligen minska det tidigare observerade effektivitetsgapet mellan perovskit PV -celler med en vanlig struktur och de med en omvänd struktur. Deras papper, publicerad i Naturenergi , introducerar en ny designstrategi som gjorde det möjligt för dem att tillverka omvända solceller med lång livslängd och effektomvandlingseffektivitet på 22,3%.

"Perovskite PV -enheter med högsta effektivitet, som är baserade på den vanliga strukturen, måste införliva joniska dopmedel i sina håltransportmaterial, "Xiaopeng Zheng, en av forskarna som deltar i studien, berättade TechXplore. "Genom att bli av med dessa instabila dopmedel, inverterade PV -enheter har bidragit till framstegen i teknikens driftsstabilitet. Tyvärr, effektomvandlingseffektiviteten för inverterad perovskit -PV ligger betydligt efter de för vanliga strukturerade enheter (20,9% mot 25,2%). "

Enligt Zheng, för att perovskit PV -teknik ska få en verklig kommersiell och miljöpåverkan, forskare måste först se till att de utmärker sig både vad gäller driftsstabilitet och effektomvandlingseffektivitet. Designstrategin som han utvecklat i samarbete med sina kollegor vid KAUST och University of Toronto kan hjälpa till att uppnå detta genom att förbättra de strukturella och optoelektroniska egenskaperna hos perovskitmaterial som vanligtvis används för att göra PV -enheter.

Zheng och hans kollegor lade till en spårmängd av ytförankrade alkylaminligander (AAL) med olika kedjelängder till sitt perovskitmaterial. Detta gjorde att de kunde ändra några av materialets egenskaper, vilket leder till högre effektomvandlingseffektivitet än de som vanligtvis observeras i perovskit PV -solceller med en omvänd struktur.

"Vi fann att endast en spårmängd alkylamin under bearbetning var tillräcklig för att ändra egenskaperna hos perovskitmaterialet på följande fördelaktiga sätt:(i) främja kristallkornorientering, (ii) undertrycka fällstatstäthet, (iii) minska laddningsbärare icke -strålande rekombination (dvs. förlust), såväl som att förbättra bärarmobilitet och diffusionslängder; (iv) hämmar jonvandring i perovskiten, "Yi Hou, en annan forskare som är involverad i studien, berättade TechXplore.

AAL-ytmodifierade perovskitfilmer som används av Zheng, Hou och deras kollegor uppvisar en (100) orientering och en väsentligt lägre fälla-tillståndstäthet jämfört med icke-modifierade filmer. De presenterar också förbättrade transportmobiliteter och diffusionslängder, vilket resulterar i enheter med en certifierad stabiliserad effektomvandlingseffektivitet på 22,3%.

"Perovskite PV är en ung teknik och de har fortfarande utrymme att förbättra sin stabilitet för att närma sig andra väletablerade PV-tekniker, såsom c-Si och oorganiskt baserade tunna filmer, "Ted Sargent, en annan forskare som är involverad i studien, berättade TechXplore. "Vi har avsevärt minskat effektivitetsgapet mellan inverterade enheter och vanliga enheter med bara spårmängder alkylamin som korn- och gränssnittsmodifierare."

Forskarna fann att perovskitsolceller som skapats med deras tillvägagångssätt kan fungera i över 1, 000h vid maximal effektpunkt under en simulerad AM1.5 -belysning, utan förlust av effektivitet. I framtiden, designstrategin som de introducerade kan föra perovskitmaterial närmare att uppfylla de krävande förutsättningar som krävs för kommersialisering av solceller.

"För nästa steg i vår forskning, vi kommer att undersöka sätt att producera perovskit PV, för att uppnå stora enheter utan att kompromissa med hög prestanda och tillförlitlighet, "Osman Bakr, en annan av forskarna som deltar i studien, berättade TechXplore.

© 2020 Science X Network