Franse wetenschappers proberen de geheimen van Black Perovskite te ontdekken

- Aug 24, 2019-

Bron: pv-magazine


2019-08-22-Perovskite-Steele


Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van Julian Steele aan de Belgische KU Leuven Universiteit beweert een proces te hebben ontwikkeld om de thermische stabiliteit van een van de meest veelbelovende perovskietmaterialen voor PV-toepassing te verbeteren: CsPbI3.

 

"Een van de grootste obstakels voor commerciële inzet van perovskiet zonnecellen is hun instabiliteit," zei Steele. "De kosten van hun ingrediënten zijn laag, hun efficiëntie schiet omhoog maar hun stabiliteit blijft problematisch."

 

Alle tot nu toe ontdekte perovskietvarianten zijn chemisch gevoelig. Blootstelling aan lucht, vocht, licht en warmte kan hun chemische bindingen veranderen en ze afbreken. Steele zei dat de opname van cesium in de formulering van CsPbI3 het materiaal robuuster maakt maar ook een fase-instabiliteit introduceert, wat een nieuwe zorg voor zonnecelfabrikanten oproept over de vraag of de moleculen op enig moment van lay-out zullen veranderen.

 

Polymorfisme, zoals het bekend is, is verontrustend voor fabrikanten. Bij meer dan 320 graden Celsius neemt CsPbI3 een kristallijne structuur aan die het zwart en ondoorzichtig maakt; bij kamertemperatuur hervat het een amorfe configuratie die het een gelige kleur geeft. De laatste vorm vermindert aanzienlijk de lichtabsorptie en de efficiëntie van elke zonnecel waarin het materiaal zou worden opgenomen.

 

Jarenlang was het proces voor fasetransformatie in CsPbI3 onduidelijk. Onderzoekers slaagden erin om een kristallijne fase op te leggen door nieuwe chemische verbindingen in hun lagen perovskieten op te nemen, of door de grootte van de kristallen waaruit ze waren samengesteld te veranderen. Het is echter nog niemand gelukt om uit te leggen waarom die trucs werken. Een terugkerende puzzel betreft waarom lagen gegloeid onder identieke omstandigheden soms geel en soms zwart worden als ze afkoelen tot kamertemperatuur.

 

Hoge spanning

 

Metingen uitgevoerd bij de Europese Synchrotron Radiation Facility in Grenoble, Frankrijk, hebben onlangs een kandidaat geïdentificeerd die de faseovergang kan aansturen: het substraat waarop de perovskietlaag wordt afgezet.

 

In een artikel in Science, legde Steele uit dat de verbinding tussen de perovskietlaag en het glasoppervlak waarop het wordt aangebracht, een spanning in de laag kan veroorzaken die in staat is om de gewenste fase daardoor te verbinden.

 

Volgens de studie, waarbij wetenschappers betrokken waren bij 11 onderzoekscentra op drie continenten, blijft de interface tussen perovskiet en substraat dat wordt gevormd tijdens gloeien bij hoge temperatuur, zelfs na een terugkeer naar omgevingstemperatuur. Als de temperatuurdaling behoorlijk steil is, kan perovskiet het kristalgaas van de interface behouden en zich hieraan aanpassen.

 

De perovskietlaag strekt zich uit "als een accordeon" bij verwarming, zei Steele. De hoofdonderzoeker voegde eraan toe: “Wanneer deze is afgekoeld, probeert deze laag opnieuw te comprimeren, maar de interface die hij heeft gevormd met het substraat, houdt hem verlengd. We hebben in ons onderzoek aangetoond dat deze spanning tussen de perovskietenlaag en het substraat kan worden benut om de kristallijne fase te stabiliseren die de zwarte perovskietenlagen maakt. ”