Eerdere onderzoeksstudies hebben het potentieel van perovskietmaterialen voor de ontwikkeling van verschillende technologische hulpmiddelen benadrukt, inclusief fotovoltaïsche (PV's) en opto-elektronica. Oplossingsverwerkte organisch-anorganische loodhalogenide-perovskietmaterialen zijn bijzonder veelbelovend gebleken, vooral die met een gemeenschappelijke ABX-formulering, waarbij A een organisch kation is, B is lood (Pb) of tin (Sn) en X is een halogenide.

Deze materialen hebben verschillende voordelige opto-elektronische eigenschappen, inclusief een grote absorptiecoëfficiënt, een lange dragerdiffusielengte en een lage excitondissociatie-energie. Van zonnecellen gemaakt van deze materialen is recentelijk ontdekt dat ze stroomconversie-efficiënties (PCE's) behalen die overeenkomen met of groter zijn dan die van meer conventionele zonnecellen gemaakt van silicium, cadmiumtelluride en koper-indium-galliumselenide.

Ondanks hun voordelen, zonnecellen gemaakt van perovskieten met een gemeenschappelijke ABX-formulering kunnen een aantal beperkingen hebben, inclusief snelle degradatie. Een van de meest veelbelovende op perovskiet gebaseerde composities in termen van stabiliteit, CS _1-x FA _x PbI ₃ , bleek ook te resulteren in zonnecellen met grote open-circuit spanningsverliezen, waardoor het tot nu toe niet op grotere schaal kon worden geïmplementeerd.

Onderzoekers van de Universiteit van Queensland, Swansea University en andere instellingen over de hele wereld hebben onlangs een nieuwe strategie voorgesteld die de creatie van betrouwbaardere zonnecellen van CS . mogelijk maakt _1-x FA _x PbI ₃ , helpen om enkele van de tekortkomingen te verhelpen die in eerdere onderzoeken zijn gemeld. Deze strategie, gepresenteerd in een paper gepubliceerd in Natuur Energie , zorgt voor de controleerbare synthese van CS _1-x FA _x PbI ₃ materialen, wat tot nu toe erg uitdagend is gebleken.

"Het gemengde cesium en formamidinium lood trijodide perovskiet systeem (CS _1-x FA _x PbI ₃ ) in de vorm van kwantumdots (QD's) biedt een pad naar stabiele op perovskiet gebaseerde fotovoltaïsche en opto-elektronica, schreven de onderzoekers in hun paper. "Echter, het blijft een uitdaging om dergelijke multinaire QD's te synthetiseren met gewenste eigenschappen voor hoogwaardige QD-zonnecellen (QDSC's)."

De onderzoekers stelden in wezen een strategie voor die kan worden gebruikt om CS . met gemengde kationen te synthetiseren _1-x FA _x PbI ₃ materialen en beheersen sommige van hun eigenschappen, zodat ze kunnen worden gebruikt om zonnecellen te fabriceren met hoge prestaties en stabiliteit. In hun experimenten, deze strategie stelde hen in staat om een ​​bepaalde versie van het materiaal te identificeren, namelijk Cs _0,5 FA _0,5 PbI ₃ met een opmerkelijke PCE van 16,6% en een verwaarloosbare hysterese.

Het team gebruikte dit materiaal om QD-apparaten te maken en voerde een reeks tests uit om hun prestaties te evalueren. Opmerkelijk, de apparaten vertoonden een fotostabiliteit die vergelijkbaar is met die van dunnefilmmaterialen, behouden 94% van hun oorspronkelijke PCE onder continue verlichting van één zon gedurende een periode van 600 uur.

"We rapporteren een effectieve oliezuur (OA) -ligand-geassisteerde kation-uitwisselingsstrategie die de controleerbare synthese van CS mogelijk maakt _1-x FA _x PbI ₃ QD's over het hele compositiebereik (x=0-1), die ontoegankelijk is in polykristallijne dunne films met grote korrels, schreven de onderzoekers in hun paper. "In een OA-rijke omgeving, de kruisuitwisseling van kationen wordt vergemakkelijkt, waardoor de snelle vorming van CS _1-x FA _x PbI ₃ QD's met verminderde defectdichtheid."

In de toekomst, de OA-ligand-geassisteerde kation-uitwisselingsstrategie die door dit team van onderzoekers is bedacht, zou de weg kunnen banen naar de fabricage van nieuwe op perovskiet gebaseerde zonnecellen en opto-elektronische technologieën die zeer efficiënt zijn, terwijl het ook een hoge fotostabiliteit en flexibiliteit vertoont. Hun werk zou ook andere onderzoekers kunnen inspireren om soortgelijke strategieën te bedenken, waardoor de synthese van andere in oplossing verwerkte organisch-anorganische perovskietmaterialen mogelijk is.

© 2020 Wetenschap X Netwerk