science >> Wetenschap >  >> Chemie

Efficiënte en duurzame materialen voor perovskiet-zonnecellen

Krediet:Pohang University of Science &Technology (POSTECH)

Perovskiet-zonnecellen trekken de aandacht als het materiaal voor zonnebatterijen van de volgende generatie dankzij hun lage verwerkingskosten en uitstekende fotovoltaïsche kwaliteit. Echter, het is moeilijk om ze te commercialiseren omdat hun belangrijkste materiaal - perovskiet - kwetsbaar is voor licht en vocht.

Onlangs, een POSTECH-onderzoeksteam heeft een moleculair additief voor organische spacer ontwikkeld dat zowel de foto-elektrische efficiëntie als de stabiliteit van perovskiet kan verbeteren.

Een POSTECH-onderzoeksteam onder leiding van professor Kilwon Cho en Ph.D. kandidaat Sungwon Song van het Department of Chemical Engineering is erin geslaagd perovskiet-zonnecellen te fabriceren die zeer efficiënt en stabiel zijn door de concentratie van interne defecten in de kristallen drastisch te verminderen en de vochtbestendigheid van perovskiet te verhogen door een nieuw organisch additief voor spacermoleculen te introduceren in het perovskietkristal. De studie werd gepubliceerd als voorblad in het laatste nummer van Geavanceerde energiematerialen , een van de meest gezaghebbende tijdschriften op het gebied van energie.

Door organische spacer-ionen toe te voegen om het probleem op te lossen, het onderzoeksteam ontwikkelde een hybride perovskiet fotovoltaïsche laag waar twee- en driedimensionale perovskiet naast elkaar bestaan. Organische spacers creëren tweedimensionale perovskietstructuren op het oppervlak van 3D-perovskietkristallen. Deze structuren fungeren als stabiliserende laag die de weerstand tegen vocht verhoogt vanwege de eigenschap om water af te stoten.

In aanvulling, voor het eerst werd ontdekt dat deze nieuw geïntroduceerde organische spacer de mechanische spanning van de twee- en driedimensionale perovskietkristalinterfaces minimaliseert, waardoor de nucleaire productie en groei van het 3D-perovskietkristal wordt bevorderd. Als resultaat, de interne defecten van de fotoreactieve laag - de 3D-perovskietkristallen - zijn drastisch verminderd.

De door het onderzoeksteam ontwikkelde zonnecellen behaalden een efficiëntie van 21,3% en zorgden voor vochtstabiliteit om meer dan 80% van hun initiële efficiëntie te behouden, zelfs na 500 uur onder 60% van de relatieve vochtigheid.

"Deze studie heeft een nieuw perspectief gepresenteerd op moleculair ontwerp van organische spacers voor de realisatie van hoogwaardige en stabiele perovskiet-zonnecellen, " merkte professor Kilwon Cho op, die de studie leidde. Hij voegde eraan toe:"Naar verwachting is het een brontechnologie die kan bijdragen aan de commercialisering van perovskiet-zonneceltechnologie."