Op lood gebaseerde perovskieten zijn veelbelovende materialen voor goedkope en zeer efficiënte zonnecellen. Echter, de intrinsieke instabiliteit en de toxiciteit van lood (Pb) hebben geleid tot ernstige bezorgdheid over de levensvatbaarheid van op Pb gebaseerde perovskieten, het belemmeren van grootschalige commercialisering van zonnecellen en soortgelijke apparaten op basis van deze materialen. Als alternatieve oplossing kan Pb-vrije perovskieten werden onlangs voorgesteld om de toxiciteit van op lood gebaseerde perovskieten tegen te gaan, toch heeft het weinig nut vanwege de lagere efficiëntie.

Een recente studie, onder leiding van professor Tae-Hyuk Kwon in de School of Natural Science van UNIST, vormt een grote stap in de richting van de ontwikkeling van een nieuwe generatie zonnecellen met gebruikmaking van loodvrije perovskieten. Met zijn veelbelovende elektronische eigenschappen, van het nieuwe perovskietmateriaal is aangetoond dat het functioneert als een ladingsregenerator met kleurstofgevoelige zonnecellen, waardoor zowel de algehele efficiëntie als de stabiliteit wordt verbeterd. Gepubliceerd in het novembernummer van 2018 Geavanceerde materialen , de bevindingen openen nieuwe mogelijkheden voor de toepassing van loodvrije perovskieten in zonnecellen.

Onder de verschillende alternatieven om te leiden, het onderzoeksteam gebruikte de vacature geordende dubbele perovskiet (Cs ₂ SnI ₆ ). Ondanks hun veelbelovende vooruitzichten, de oppervlaktetoestanden van Cs ₂ SnI ₆ en hun functie blijft grotendeels onduidelijk. Dus, een uitgebreide studie is nodig om deze kenmerken van Cs . te verduidelijken ₂ SnI ₆ voor het toekomstige ontwerp van Cs ₂ SnI ₆ gebaseerde apparaten.

Door dit werk, het team onderzocht het ladingsoverdrachtmechanisme van Cs ₂ SnI ₆ met als doel de functie van zijn oppervlaktetoestand te verduidelijken. Voor dit doeleinde, een systeem met drie elektroden werd ontwikkeld om ladingsoverdracht door de oppervlaktetoestand van Cs . te observeren ₂ SnI ₆ . Cyclische voltammetrie en Mott-Schottky-analyses werden ook gebruikt om de oppervlaktetoestand van Cs te onderzoeken ₂ SnI ₆ , waarvan het potentieel verband houdt met de bandgap.

Hun analyse toonde aan dat de oppervlaktetoestand van Cs ₂ SnI ₆ is zeer redox-actief en kan effectief worden geladen/ontladen in aanwezigheid van jodide-redoxmediatoren. Daarnaast, de voorbereiding van een ladingsregeneratorsysteem op basis van Cs ₂ SnI ₆ bevestigde dat ladingsoverdracht plaatsvond via de oppervlaktetoestand van Cs ₂ SnI ₆ .

"In het geval van Cs ₂ SnI ₆ , ladingsoverdracht vond plaats via de oppervlaktetoestand van Cs ₂ SnI ₆ , " zegt HyeonOh Shin in de Combined MS./Ph.D in Chemistry bij UNIST. "Dit zal helpen bij het ontwerp van toekomstige elektronische en energie-apparaten, met behulp van Pb-vrije perovskieten."

Op basis van deze strategie het onderzoeksteam ontwikkelde hybride zonnecellen, een Cs . gebruiken ₂ SnI ₆ -gebaseerde ladingsregenerator voor organische kleurstof-gesensibiliseerde zonnecellen (DSSC's). Dergelijke zonnecellen wekken elektrische stroom op in het proces waarbij de geoxideerde organische kleurstof terugkeert naar zijn oorspronkelijke staat.

"Vanwege een hoog volume elektrische ladingen in organische kleurstoffen die een hoge connectiviteit vertonen met de oppervlaktetoestand van Cs ₂ SnI ₆ , meer elektrische stroom werd opgewekt, " zegt Byung-Man Kim van de afdeling Scheikunde van UNIST, een andere hoofdauteur van deze studie. "Bijgevolg, Cs ₂ SnI ₆ toont efficiënte ladingsoverdracht met een thermodynamisch gunstig ladingsacceptorniveau, het bereiken van een verbetering van 79% in de fotostroomdichtheid in vergelijking met die van een conventionele vloeibare elektrolyt."

Dit onderzoek heeft veel aandacht getrokken onder onderzoekers, terwijl het het ladingsoverdrachtsmechanisme van Cs . onderzocht ₂ SnI ₆ met als doel de functie van zijn oppervlaktetoestand te verduidelijken. Hun resultaten suggereren dat de oppervlaktetoestand van Cs ₂ SnI ₆ is de belangrijkste ladingsoverdrachtsroute in de aanwezigheid van een redoxmediator en moet worden overwogen in toekomstige ontwerpen van Cs ₂ SnI ₆ gebaseerde apparaten.