Enstaka kristallina CH3NH3PbI3 egenodlade på FTO/TiO2-substrat. (a) Schematisk självtillväxt via temperaturgradient och kapilläreffekt; (b) tvärsnitts-SEM-bild av CH3NH3PbI3 på FTO/TiO2; (c) högupplöst TEM -bild av enstaka kristallina CH3NH3PbI3. Upphovsman:Science China Press
Fotovoltaisk omvandling anses vara den ultimata lösningen på det växande efterfrågan på energi, men traditionella kiselbaserade solceller är dyra att producera, och produktionen i sig innebär en intensiv energiförbrukning. Framväxande hybridorganiska-oorganiska solceller baserade på perovskit CH 3 NH 3 PbI 3 , å andra sidan, är inte bara billiga att bearbeta utan också flexibla, och eftersträvas därför allmänt som en av de mest lovande nästa generations fotovoltaiska konverteringsteknikerna.
Sedan första gången rapporterades 2009, perovskits solcells effektivitet för solceller har ökat spektakulärt från 3,81 procent till 22,1 procent på bara sju år, och denna aldrig tidigare skådade uppgång har gett upphov till världsomspännande strävan efter nya effektivitetsrekord. Ändå, under de senaste två åren, takten för perovskits solcellseffektivitetsvinster har avtagit avsevärt trots avståndet från den beräknade teoretiska gränsen på 31 procent. Därför, forskare undersöker nya strategier för att ytterligare förbättra perovskits solcellsprestanda.
De nuvarande perovskitsolcellerna är baserade på polykristallint CH 3 NH 3 PbI 3 filmer, och därmed oundvikligen har många defekter i korn och korngränser som påverkar enhetens prestanda. Forskare har gjort ansträngningar för att producera bulk CH 3 NH 3 PbI 3 kristaller som uppvisar exceptionella fotovoltaiska egenskaper såsom lång diffusionslängd och livstid för fotogenererade laddningsbärare, även om integrationen av bulkkristall i perovskits solcellsarkitektur har visat sig vara utmanande.
Nu, ett team av kinesiska och amerikanska forskare under ledning av proffs. Jiangyu Li och Jinjin Zhao har framgångsrikt vuxit enkelkristallint CH 3 NH 3 PbI 3 film direkt på elektroninsamlande FTO/TiO2-substrat, som visas i fig. 1. De utnyttjade temperaturgradienten och kapilläreffekten under tillväxtprocessen, gör det möjligt för dem att producera högkvalitativ enkelkristallin film tätt integrerad på FTO/TiO2. Detta visar sig kritiskt, eftersom FTO/TiO2 är det mest använda elektroninsamlande substratet för perovskit solceller, gör efterföljande enhetstillverkning enkel.
Verkligen, den enda kristallina CH 3 NH 3 PbI 3 filmen visar utmärkta solcellsegenskaper. Mätt direkt på ett FTO -glasunderlag med dålig elektronextraktion, den tidsupplösta fotoluminescensen har mycket längre bärarlivslängd i enstaka kristallint CH 3 NH 3 PbI 3 film jämfört med polykristallin film, som ses i fig. 2 (a). När ett TiO2-elektroninsamlingsskikt läggs till FTO-glaset, då sjunker laddningsbärarens livslängd avsevärt, tack vare effektiv elektronutvinning vid gränssnittet TiO2/perovskite. Som ett resultat, enheten uppvisar en solcellskonverteringseffektivitet på 8,78 procent, den högsta rapporterade hittills för en enda kristallina perovskit solceller. Teamet säger att systemet har mycket utrymme för förbättringar, och med kontinuerlig optimering av material och enheter, de tror att de enda kristallina perovskit -solcellerna kommer att konkurrera med sina polykristallina motsvarigheter inom överskådlig framtid.
Fotobäraregenskaper och fotovoltaiska prestanda för enkelkristallint och polykristallint CH3NH3PbI3. (a) tidsupplöst fotoluminescens visar längre laddningstid i enstaka kristallin film och effektiv laddningssamling vid gränssnittet med FTO/TiO2-substrat; och (b) kurvan för strömtäthet-spänning visar en fotovoltaisk effektivitet på 8,78 procent. Upphovsman:Science China Press
