Wetenschappers van Rice University geloven dat ze een grote hindernis hebben overwonnen die op perovskiet gebaseerde zonnecellen ervan weerhield om mainstream te worden.

Door het strategische gebruik van het element indium om een ​​deel van het lood in perovskieten te vervangen, Rijstmateriaalwetenschapper Jun Lou en zijn collega's van de Brown School of Engineering zeggen dat ze beter in staat zijn om de defecten in cesium-lood-jodide-zonnecellen te construeren die de bandafstand van de verbinding beïnvloeden, een cruciale eigenschap in de efficiëntie van zonnecellen.

Als bijkomend voordeel, de nieuw geformuleerde cellen van het lab kunnen in de open lucht worden gemaakt en gaan maanden mee in plaats van dagen met een zonneconversie-efficiëntie van iets meer dan 12%.

De resultaten van het Rice-team verschijnen in Geavanceerde materialen .

Perovskieten zijn kristallen met kubusachtige roosters waarvan bekend is dat ze efficiënte lichte oogstmachines zijn, maar de materialen hebben de neiging om te worden belast door licht, vochtigheid en warmte.

Niet de rijstperovskieten, zei Lou.

"Vanuit ons perspectief dit is iets nieuws en ik denk dat het een belangrijke doorbraak betekent, " zei hij. "Dit is anders dan de traditionele, mainstream perovskieten waar mensen al 10 jaar over praten - de anorganisch-organische hybriden die je de hoogste efficiëntie geven die tot nu toe is geregistreerd, ongeveer 25%. Maar het probleem met dat soort materiaal is de instabiliteit.

"Ingenieurs ontwikkelen afdeklagen en dingen om die kostbare, gevoelige materialen uit de omgeving, " zei Lou. "Maar het is moeilijk om een ​​verschil te maken met de intrinsiek onstabiele materialen zelf. Daarom zijn we iets anders gaan doen."

Rice postdoctoraal onderzoeker en hoofdauteur Jia Liang en zijn team bouwden en testten perovskiet-zonnecellen van anorganisch cesium, lood en jodide, de cellen die de neiging hebben om snel te falen als gevolg van defecten. Maar door broom en indium toe te voegen, de onderzoekers konden defecten in het materiaal ongedaan maken, het verhogen van de efficiëntie boven 12% en de spanning tot 1,20 volt.

Als bonus, het materiaal bleek buitengewoon stabiel te zijn. De cellen werden bereid onder omgevingsomstandigheden, bestand tegen de hoge luchtvochtigheid van Houston, en ingekapselde cellen bleven meer dan twee maanden stabiel in de lucht, veel beter dan de paar dagen dat gewone cesium-loodjodidecellen het volhielden.

"De hoogste efficiëntie voor dit materiaal kan ongeveer 20% zijn, en als we daar kunnen komen, dit kan een commercieel product zijn, Liang zei. "Het heeft voordelen ten opzichte van op silicium gebaseerde zonnecellen omdat synthese erg goedkoop is, het is oplossingsgericht en eenvoudig op te schalen. In principe, je smeert het gewoon uit op een substraat, laat het uitdrogen, en je hebt je zonnecel."