Solarna ćelija invertovanog perovskita postiže efikasnost od 23,9%, visoku izdržljivost

Američko-kanadska grupa naučnika koristila je Luisove bazne molekule za poboljšanje površinske pasivacije u solarnoj ćeliji od perovskita.Tim je proizveo uređaj s visokim naponom otvorenog kruga i izvanrednim nivoima stabilnosti.

Američko-kanadski istraživački tim proizveo je obrnuti perovskitsolarna ćelijakorištenjem Lewisovih baznih molekula za površinsku pasivizaciju.Lewisove baze se općenito koriste u solarnim istraživanjima perovskita za pasiviranje površinskih defekata u sloju perovskita.Ovo ima pozitivne efekte na usklađivanje nivoa energije, kinetiku rekombinacije međufaza, ponašanje histereze i operativnu stabilnost.

„Očekuje se da će Lewisova bazičnost, koja je obrnuto proporcionalna elektronegativnosti, odrediti energiju vezivanja i stabilizaciju interfejsa i granica zrna“, rekli su naučnici, napominjući da su se molekuli pokazali kao veoma efikasni u stvaranju jake veze između slojeva ćelije na nivo interfejsa.“Lewisova bazna molekula s dva atoma koja doniraju elektrone može potencijalno vezati i premostiti sučelje i granice tla, nudeći potencijal za poboljšanje prianjanja i jačanje mehaničke čvrstoće solarnih ćelija perovskita.”

Naučnici su koristili difosfinsku Lewisovu baznu molekulu poznatu kao 1,3-bis(difenilfosfino) propan (DPPP) da pasiviraju jedan od najperspektivnijih halogenih perovskita – formamidinijum olovo jodid poznat kao FAPbI3 – za upotrebu u apsorberskom sloju ćelije.

Nanijeli su sloj perovskita na DPPP-dopirani transportni sloj (HTL) napravljen od nikl(II) oksida (NiOx).Uočili su da su se neki DPPP molekuli ponovo rastvorili i odvojili i na interfejsu perovskit/NiOx i na površinskim regionima perovskita, i da se kristalnost perovskitnog filma poboljšala.Rekli su da je ovaj korak poboljšaomehaničkižilavost interfejsa perovskit/NiOx.

Istraživači su izgradili ćeliju sa podlogom od stakla i kalajnog oksida (FTO), HTL-om na bazi NiOx, slojemmetil-supstituisani karbazol(Me-4PACz) kao sloj za transport rupa, sloj perovskita, tanak sloj fenetilamonijum jodida (PEAI), sloj za transport elektrona napravljen od bukminsterfulerena (C60), puferski sloj kalaj(IV) oksida (SnO2) i metalni kontakt od srebra (Ag).

Tim je uporedio performanse solarne ćelije dopirane DPPP-om sa referentnim uređajem koji nije prošao tretman.Dopirana ćelija je postigla efikasnost konverzije snage od 24,5%, napon otvorenog kola od 1,16 V i faktor punjenja od 82%.Nedopirani uređaj dostigao je efikasnost od 22,6%, napon otvorenog kola od 1,11 V i faktor punjenja od 79%.

"Poboljšanje faktora punjenja i napona otvorenog kruga potvrdilo je smanjenje gustine defekata na prednjem sučelju NiOx/perovskit nakon DPPP tretmana", rekli su naučnici.

Istraživači su također izgradili dopiranu ćeliju s aktivnom površinom od 1,05 cm2 koja je postigla konverziju snageefikasnost do 23,9%i nije pokazao degradaciju nakon 1.500 h.

„Sa DPPP-om, u ambijentalnim uslovima – to jest, bez dodatnog grijanja – ukupna efikasnost konverzije energije ćelije ostala je visoka otprilike 3.500 sati,” rekao je istraživač Chongwen Li.“Solarne ćelije od perovskita koje su ranije objavljene u literaturi imaju tendenciju da vide značajan pad svoje efikasnosti nakon 1.500 do 2.000 sati, tako da je ovo veliko poboljšanje.”

Grupa, koja je nedavno aplicirala za patent za DPPP tehniku, predstavila je ćelijsku tehnologiju u „Racionalnom dizajnu Lewisovih baznih molekula zastabilne i efikasne solarne ćelije iz invertovanog perovskita”, koji je nedavno objavljen u časopisu Science.Tim uključuje akademike sa Univerziteta u Torontu u Kanadi, kao i naučnike sa Univerziteta u Toledu, Univerziteta Washington i Univerziteta Northwestern u Sjedinjenim Državama.