Belangrijke doorbraak in zonnecellen van Perovskite

- Nov 07, 2019-

Bron: scitechdaily.com


Sample-All-Inorganic-Perovskite-Solar-Cell 8


Materiaalwetenschappers van Rice University gebruiken anorganische ingrediënten om defecten te beperken en de efficiëntie te behouden.

De wetenschappers van Rice University zijn van mening dat ze een belangrijke hindernis hebben overwonnen die ervoor zorgt dat zonnecellen op basis van perovskieten geen algemeen gebruik krijgen.

Jia Liang, Rice University

Rice University postdoctoraal onderzoeker Jia Liang houdt perovskiet zonnecellen ontwikkeld met alle anorganische materialen. Het beheersen van defecten in de cellen door organische componenten te elimineren, maakte ze robuuster met behoud van hun energieconversie-efficiëntie. Credit: Jeff Fitlow / Rice University

Door het strategische gebruik van het element indium om een deel van het lood in perovskieten te vervangen, zeggen rijstmateriaalwetenschapper Jun Lou en zijn collega's van de Brown School of Engineering dat ze beter in staat zijn om de defecten in cesium-lood-jodide zonnecellen te construeren die invloed hebben op de band gap van de verbinding, een kritische eigenschap in zonnecelefficiëntie.

Als bijkomend voordeel kunnen de nieuw geformuleerde cellen van het lab in de buitenlucht worden gemaakt en gaan ze maandenlang mee in plaats van dagen met een zonne-conversie-efficiëntie van iets meer dan 12%.

De resultaten van het Rice-team zijn gisteren 4 november 2019 gepubliceerd in Advanced Materials .

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

Niet de Rice perovskites, zei Lou.

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

"Ingenieurs ontwikkelen afdeklagen en dergelijke om die waardevolle, gevoelige materialen tegen de omgeving te beschermen," zei Lou. “Maar het is moeilijk om een verschil te maken met de intrinsiek onstabiele materialen zelf. Daarom zijn we van plan iets anders te gaan doen. "

Elektronenmicroscoopdwarsdoorsnede van All-anorganische Perovskiet-zonnecel

Een elektronenmicroscoopafbeelding toont een dwarsdoorsnede van de volledig anorganische perovskiet-zonnecel die is ontwikkeld aan de Rice University. Vanaf de bovenkant zijn de lagen een koolstofelektrode, perovskiet, titaniumoxide, met fluor gedoteerd tinoxide en glas. De schaalbalk is gelijk aan 500 nanometer. Credit: Lou Group / Rice University

Rice postdoctoraal onderzoeker en hoofdauteur Jia Liang en zijn team bouwden en testten perovskiet zonnecellen van anorganisch cesium, lood en jodide, precies dezelfde cellen die de neiging hebben snel te falen vanwege defecten. Maar door broom en indium toe te voegen, konden de onderzoekers defecten in het materiaal vernietigen, waardoor de efficiëntie boven 12% en de spanning tot 1,20 volt werd verhoogd.

Als bonus bleek het materiaal uitzonderlijk stabiel. De cellen werden bereid in omgevingscondities, bestand tegen de hoge luchtvochtigheid van Houston, en ingekapselde cellen bleven stabiel in lucht gedurende meer dan twee maanden, veel beter dan de paar dagen dat gewone cesium-lood-jodide cellen duurden.

Schematische weergave All-anorganische perovskiet zonnecel

Een schematisch overzicht toont een volledig anorganische perovskiet zonnecel ontwikkeld door materiaalwetenschappers van Rice University. Credit: Lou Group / Rice University

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

Referentie: "Defect ‐ Engineering ‐ Enabled High-Efficiency All-Anorganic Perovskite Solar Cells" door Jia Liang, Xiao Han, Ji ‐ Hui Yang, Boyu Zhang, Qiyi Fang, Jing Zhang, Qing Ai, Meredith M. Ogle, Tanguy Terlier, Angel A. Martí en Jun Lou, 4 november 2019, Advanced Materials .
DOI: 10.1002 / adma.201903448

 

 

Co-auteurs van het papier zijn Xiao Han van Northwestern Polytechnical University, China; Ji-Hui Yang van Fudan University, Shanghai; en Rice afgestudeerde studenten Boyu Zhang, Qiyi Fang, Meredith Ogle, postdoctoraal onderzoeker Jing Zhang, academisch bezoeker Qing Ai, onderzoeksspecialist Tanguy Terlier en Angel Martí, een universitair hoofddocent scheikunde, bio-engineering en materiaalkunde en nanotechnologie. Lou is hoogleraar materiaalkunde en nanotechnologie en chemie.

De Peter M. en Ruth L. Nicholas Postdoctoral Fellowship in Nanotechnology, de Welch Foundation, de China Scholarship Council en de National Science Foundation ondersteunden het onderzoek.