Fotovoltaïsche (PV) cellen, die energie kan opwekken uit de zon, kan zeer nuttig zijn bij het aanpakken van de huidige milieucrisis. Perovskiet PV-cellen, cellen gemaakt van metaalhalogenide perovskiet halfgeleiders, zijn onlangs bijzonder veelbelovend gebleken, aangezien onderzoekers erin geslaagd zijn hun energieconversie-efficiëntie aanzienlijk te verbeteren, van 3,8% tot 25,2%.

Hun opmerkelijke efficiëntie maakt van perovskieten een toonaangevende concurrent in de ontwikkeling van de volgende generatie van bij lage temperatuur verwerkbare PV-technologieën. Perovskiet PV-cellen kunnen twee hoofdontwerparchetypen hebben:de zogenaamde reguliere (n-i-p) structuur en de omgekeerde (p-i-n) structuur. Tot dusver, cellen met een regelmatige structuur hebben de hoogste energieconversie-efficiëntie bereikt, terwijl die met een omgekeerde structuur veel langere bedrijfstijden hebben bereikt.

Onderzoekers van de King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) en de University of Toronto hebben onlangs de eerder waargenomen efficiëntiekloof tussen perovskiet-PV-cellen met een regelmatige structuur en die met een omgekeerde structuur kunnen verkleinen. hun papier, gepubliceerd in Natuur Energie , introduceert een nieuwe ontwerpstrategie waarmee ze omgekeerde zonnecellen konden fabriceren met een lange levensduur en een stroomconversie-efficiëntie van 22,3%.

"Perovskiet PV-apparaten met de hoogste efficiëntie, die gebaseerd zijn op de reguliere structuur, ionische doteermiddelen moeten opnemen in hun gatentransportmateriaal, " Xiaopeng Zheng, een van de bij het onderzoek betrokken onderzoekers, vertelde TechXplore. "Door van deze onstabiele doteringsmiddelen af ​​te komen, omgekeerde PV-apparaten hebben bijgedragen aan de vooruitgang in de operationele stabiliteit van de technologie. Helaas, de efficiëntie van de stroomconversie van omgekeerde perovskiet-PV ligt aanzienlijk achter bij die van reguliere gestructureerde apparaten (20,9% versus 25,2%)."

Volgens Zheng, voor perovskiet PV-technologieën om een ​​echte commerciële en milieu-impact te hebben, onderzoekers zullen er eerst voor moeten zorgen dat ze uitblinken in zowel hun operationele stabiliteit als de efficiëntie van de stroomconversie. De ontwerpstrategie die hij ontwikkelde in samenwerking met zijn collega's van KAUST en de Universiteit van Toronto, zou kunnen helpen dit te bereiken door de structurele en opto-elektronische eigenschappen van perovskietmaterialen die doorgaans worden gebruikt om PV-apparaten te maken, te verbeteren.

Zheng en zijn collega's voegden een sporenhoeveelheid oppervlakteverankerende alkylamineliganden (AAL's) met verschillende ketenlengtes toe aan hun perovskietmateriaal. Hierdoor konden ze enkele eigenschappen van het materiaal veranderen, wat leidt tot hogere energieconversie-efficiënties dan die typisch worden waargenomen in perovskiet-PV-zonnecellen met een omgekeerde structuur.

"We ontdekten dat slechts een kleine hoeveelheid alkylamine tijdens de verwerking voldoende was om de eigenschappen van het perovskietmateriaal op de volgende voordelige manieren te veranderen:(i) bevordering van de kristalkorreloriëntatie; (ii) onderdrukking van de dichtheid van de valtoestand; (iii) vermindering van de ladingsdrager niet-radiatieve recombinatie (dwz verlies), evenals het verbeteren van de mobiliteit van de drager en de diffusielengtes; (iv) remming van ionenmigratie in de perovskiet, "Yi Hou, een andere onderzoeker die bij het onderzoek betrokken was, vertelde TechXplore.

De AAL-oppervlakte-gemodificeerde perovskietfilms gebruikt door Zheng, Hou en hun collega's vertonen een (100) oriëntatie en een aanzienlijk lagere trap-state-dichtheid in vergelijking met niet-gemodificeerde films. Ze vertonen ook verbeterde mobiliteit van dragers en diffusielengtes, wat resulteert in apparaten met een gecertificeerde gestabiliseerde stroomconversie-efficiëntie van 22,3%.

"Perovskiet-PV's zijn een jonge technologie en ze hebben nog steeds ruimte om hun stabiliteit te verbeteren om andere gevestigde PV-technologieën te benaderen, zoals c-Si en anorganische dunne films, "Ted Sargent, een andere onderzoeker die bij het onderzoek betrokken was, vertelde TechXplore. "We hebben de efficiëntiekloof tussen omgekeerde apparaten en reguliere apparaten aanzienlijk verminderd door slechts sporenhoeveelheden alkylamine als graan- en interface-modificatoren te gebruiken."

De onderzoekers ontdekten dat perovskiet-zonnecellen die met hun benadering zijn gemaakt, meer dan 1 jaar kunnen werken. 000h op het maximale stroompunt onder een gesimuleerde AM1.5-verlichting, zonder enig verlies van efficiëntie. In de toekomst, de ontwerpstrategie die ze introduceerden, zou perovskietmaterialen dichterbij kunnen brengen om te voldoen aan de veeleisende voorwaarden die nodig zijn voor de commercialisering van zonnecellen.

"Voor de volgende fase van ons onderzoek, we zullen manieren onderzoeken om perovskiet-PV's te produceren, om apparaten met een groot oppervlak te realiseren zonder concessies te doen aan hoge prestaties en betrouwbaarheid, "Osman Bakr, een andere van de onderzoekers die bij het onderzoek betrokken was, vertelde TechXplore.

© 2020 Wetenschap X Netwerk