Het opzetten van een verdedigingsmuur in een voetbalwedstrijd is een primaire sportuitdaging. Geen enkele coach houdt van een kloof tussen verdedigende spelers in de muur. Wetenschappers pakken een soortgelijk probleem aan om de stabiliteit van perovskiet-zonnecellen (PSC's) te verbeteren.

Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Guo Xin en prof. Li Can van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) verbeterde de stabiliteit van PSC's door de van der Waals-gaten te verwijderen in een veel bestudeerd Ruddlesden -Popper (RP)-fase, tweedimensionaal (2-D), gelaagde perovskietmaterialen.

De nieuw ontwikkelde materialen zijn een reeks Dion-Jacobson (DJ) fase 2-D gelaagde perovskieten, die, zonder gaten, hebben een uiterst stabiele structuur en kunnen zich verdedigen tegen aanvallen van vocht, warmte en licht efficiënter, wat leidt tot een uitstekende stabiliteit van PSC's onder zware testomstandigheden. De bevindingen van het team werden gepubliceerd in Joule op 21 december.

PSC's zijn veelbelovend gebleken voor de volgende generatie fotovoltaïsche systemen. Echter, hun instabiliteit beperkt verdere ontwikkeling vanwege de slechte structurele stabiliteit van conventionele 3D organisch-anorganische hybride perovskieten, die gewoonlijk worden gebruikt als lichtoogstmaterialen in PSC's.

De 2D-gelaagde perovskieten hebben de afgelopen jaren veel onderzoeksinteresse gekregen omdat ze een betere stabiliteit bieden dan traditionele 3D-analogen. In de meeste gevallen, de term "2-D gelaagde perovskieten" verwijst naar RP fase degenen, waarin van der Waals hiaten aanwezig zijn. Deze hiaten creëren zwakke interacties tussen lagen, waardoor de stabiliteit van de gelaagde perovskietstructuur en het apparaat wordt verminderd.

"In tegenstelling tot de RP-zaak, onze DJ-fase 2-D gelaagde perovskieten worden gevormd door waterstofbruggen af ​​te wisselen tussen organische lagen en anorganische lagen zonder gaten, waardoor hun structuur stabieler wordt, " zei prof. Guo.

"Externe spanningen zoals vocht, warmte en licht kunnen dergelijke materialen niet gemakkelijk afbreken. Dit is net als een verdedigingsmuur in een voetbalwedstrijd. Stel je voor dat elke verdedigende speler een organische laag of een anorganische laag is in 2-D gelaagde perovskieten. Als ze naast elkaar in een rij staan, de kicker kan niet gemakkelijk een doelpunt maken. Als er openingen zijn tussen spelers in de muur, de kicker kan gemakkelijk scoren, wat precies hetzelfde is als de situatie in RP 2-D gelaagde perovskieten, " legde Guo uit.

Er is meer energie van externe spanningen nodig om DJ phase 2-D perovskieten te degraderen dan hun RP-tegenhangers. Zoals in een voetbalwedstrijd, er moet een bananenschop worden gemaakt om een ​​goede verdedigingsmuur te omzeilen, dus het is moeilijker voor de kicker.

"Inderdaad, de PSC's vervaardigd met behulp van onze materialen vertoonden een uitstekende stabiliteit dan die met behulp van 3D- en RP-fase 2D-perovskieten, " zei prof. LI. "Onze niet-verzegelde apparaten kunnen 95 procent van de initiële efficiëntie behouden bij blootstelling aan verschillende zware belastingen, inclusief worden opgeslagen in de omgevingslucht voor 4, 000 uur, verwarmd tot 85 oC met een relatieve vochtigheid van 85 procent gedurende 168 uur, en continu verlicht voor 3, 000 uur."

"De hoogste efficiëntie die we hebben behaald met de PSC's die zijn gemaakt van onze 2D-perovskieten, is iets meer dan 13 procent. Hoewel dit een van de hoogste waarden is onder 2D-PSC's, het blijft achter bij de state-of-the-art efficiëntie van 3D PSC's. Daarom, er moet meer worden gedaan om de efficiëntie van deze 2-D PSC's verder te verbeteren, aldus de DICP-onderzoekers in hun rapport.