Amerykańsko-kanadyjska grupa naukowców wykorzystała cząsteczki zasady Lewisa do ulepszenia pasywacji powierzchni w perowskitowym ogniwie słonecznym.Zespół wyprodukował urządzenie charakteryzujące się wysokim napięciem w obwodzie otwartym i niezwykłym poziomem stabilności.
Amerykańsko-kanadyjski zespół badawczy wyprodukował odwrócony perowskitOgniwo słonecznepoprzez zastosowanie cząsteczek zasady Lewisa do pasywacji powierzchni.Zasady Lewisa są powszechnie stosowane w badaniach nad energią słoneczną perowskitu do pasywacji defektów powierzchniowych w warstwie perowskitu.Ma to pozytywny wpływ na wyrównanie poziomu energii, kinetykę rekombinacji międzyfazowej, zachowanie histerezy i stabilność operacyjną.
„Oczekuje się, że zasadowość Lewisa, która jest odwrotnie proporcjonalna do elektroujemności, określi energię wiązania oraz stabilizację powierzchni międzyfazowych i granic ziaren” – stwierdzili naukowcy, zauważając, że cząsteczki okazały się bardzo skuteczne w tworzeniu silnych wiązań między warstwami komórek w temperaturze poziom interfejsu.„Cząsteczka zasadowa Lewisa z dwoma atomami oddającymi elektrony może potencjalnie wiązać i mostkować powierzchnie międzyfazowe i granice podłoża, oferując potencjał poprawy adhezji i wzmocnienia wytrzymałości mechanicznej perowskitowych ogniw słonecznych”.
Naukowcy wykorzystali cząsteczkę zasady Lewisa difosfiny, znaną jako 1,3-bis(difenylofosfino)propan (DPPP), do pasywacji jednego z najbardziej obiecujących perowskitów halogenkowych – jodku ołowiu formamidyniowego znanego jako FAPbI3 – do zastosowania w warstwie absorbera ogniwa.
Ołożyli warstwę perowskitu na warstwie transportowej dziur (HTL) domieszkowanej DPPP wykonanej z tlenku niklu(II) (NiOx).Zaobserwowali, że niektóre cząsteczki DPPP ponownie rozpuszczały się i segregowały zarówno na granicy faz perowskit/NiOx, jak i na obszarach powierzchni perowskitu, a także poprawiła się krystaliczność warstwy perowskitu.Powiedzieli, że ten krok poprawiłmechanicznywytrzymałość interfejsu perowskit/NiOx.
Naukowcy zbudowali ogniwo z podłożem wykonanym ze szkła i tlenku cyny (FTO), HTL opartym na NiOx, warstwiekarbazol podstawiony metylem(Me-4PACz) jako warstwa transportująca dziury, warstwa perowskitu, cienka warstwa jodku fenyloamoniowego (PEAI), warstwa transportująca elektrony wykonana z buckminsterfullerenu (C60), warstwa buforowa tlenku cyny(IV) (SnO2) oraz metalowy styk wykonany ze srebra (Ag).
Zespół porównał działanie ogniwa słonecznego z domieszką DPPP z urządzeniem referencyjnym, które nie przeszło takiej obróbki.Domieszkowane ogniwo osiągnęło sprawność konwersji mocy na poziomie 24,5%, napięcie w obwodzie otwartym na poziomie 1,16 V i współczynnik wypełnienia na poziomie 82%.Urządzenie bez domieszki osiągnęło sprawność 22,6%, napięcie w obwodzie jałowym 1,11 V i współczynnik wypełnienia 79%.
„Poprawa współczynnika wypełnienia i napięcia w obwodzie otwartym potwierdziła zmniejszenie gęstości defektów na przedniej granicy faz NiOx/perowskit po obróbce DPPP” – stwierdzili naukowcy.
Naukowcy zbudowali także domieszkowane ogniwo o powierzchni aktywnej 1,05 cm2, które umożliwiło konwersję mocywydajność do 23,9%i nie wykazały degradacji po 1500 godzinach.
„Dzięki DPPP, w warunkach otoczenia – to znaczy bez dodatkowego ogrzewania – ogólna wydajność konwersji energii w ogniwie utrzymywała się na wysokim poziomie przez około 3500 godzin” – powiedział badacz Chongwen Li.„Perowskitowe ogniwa słoneczne, które były wcześniej publikowane w literaturze, wykazują tendencję do znacznego spadku wydajności po 1500–2000 godzinach, więc jest to duża poprawa”.
Grupa, która niedawno złożyła wniosek o patent na technikę DPPP, przedstawiła technologię komórkową w artykule „Racjonalne projektowanie molekuł zasad Lewisa dlastabilne i wydajne ogniwa słoneczne z odwróconego perowskitu”, który został niedawno opublikowany w czasopiśmie Science.W skład zespołu wchodzą naukowcy z Uniwersytetu w Toronto w Kanadzie, a także naukowcy z Uniwersytetu w Toledo, Uniwersytetu Waszyngtońskiego i Uniwersytetu Northwestern w Stanach Zjednoczonych.
Czas publikacji: 27 lutego 2023 r