Ammoniakläkning av formamidiniumbaserade perovskitfilmer. Kredit:Li Zhipeng
Sedan 2009 har forskare misstänkt att perovskitfilmer, som är en kombination av organiskt och oorganiskt material, kan vara lovande för solpanelskonstruktion. Perovskiter är mycket tunna filmer med en specifik kristallstruktur som är mycket lätta och flexibla, effektiva och kostnadseffektiva, jämfört med kiselwafers.
Men nuvarande begränsningar, inklusive hur man förbereder mycket enhetliga perovskitfilmer i stor skala, har förhindrat kommersialiseringen av perovskitsolcellerna.
Nyligen beskrev forskare från Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT), Chinese Academy of Sciences (CAS), ett nytt sätt att bearbeta formamidiniumbaserad perovskitfilm som lindrar några av begränsningarna genom att använda ammoniakbehandling för att ta bort bildade porstrukturer under bearbetningen.
Studien publicerades i Nature Communications den 29 juli.
"Den högsta effektomvandlingseffektiviteten för perovskitsolceller är jämförbar med den för allmänt kommersialiserade kiselbaserade solceller. Hur man uppnår storareaberedning av mycket enhetlig perovskitfilm är fortfarande en utmaning", säger professor Pang Shuping från QIBEBT, motsvarande författare till studien.
Metoder och lösningsmedel som används vid bearbetning av perovskitfilmer har studerats omfattande, men dessa kräver fortfarande ytterligare bearbetningssteg eller material för att få perovskitfilmer att fungera. Till exempel är den extremt lovande metylamingasläkningsmetoden endast lämplig för metylammoniumbaserad perovskit, men är inte genomförbar för den mer effektiva formamidiniumbaserade perovskiten.
För att hitta lösningar på gasläkningen av de formamidiniumbaserade perovskitfilmerna studerade forskarna först de underliggande reaktionerna som är ansvariga för utmaningarna. "Vi har visat att nedbrytningen av formamidiniuminnehållande perovskiter orsakas av en reaktion mellan formamidiniumkatjonen och alifatiska aminer, som producerar ammoniak", säger Wang Xiao, andra författare till studien.
För att undvika uppkomsten av sidoreaktioner använde forskarna ammoniak istället för metylamingas för att behandla formamidiniumbaserade perovskitfilmer. Baserat på denna teknologi sänks temperaturen så att perovskitfilmen kan absorbera tillräckligt med ammoniak för att övergå filmen till ett flytbart mellantillstånd. I detta flytande tillstånd kan defekter och hålstrukturer i den råa perovskitfilmen läkas.
Genom att använda denna teknik kunde forskarna förbereda en perovskitfilm som hade en högre effektomvandlingseffektivitet och som lätt kunde reproduceras i stor skala. "Perovskitsolcellen baserad på ammoniak efter läkning uppnår en effektomvandlingseffektivitet på 23,21 % med utmärkt reproducerbarhet", säger Li Zhipeng, studiens första författare.
För ammoniakgasläkningsoperationen är det nödvändigt att strikt kontrollera adsorptions- och desorptionshastigheten vid låga temperaturer och mycket snabbt. En annan framgång med att använda ammoniakgas efter läkningsteknik är att den enkelt kan infogas i befintliga, etablerade kommersiella teknologier.
Framöver funderar forskarna på hur man korrekt designar utrustningen som kommer att behövas för att producera perovskitfilmerna med denna metod, som är en nyckelkomponent för att föra perovskitesolceller till en kommersiell marknad. + Utforska vidare
