Onderwerpen:EnergieMaterialen Wetenschapperovskiet ZonnecelFotovoltaïsche Zonnecellen
Een nieuw type zonne-energie lijkt de afgelopen jaren veelbelovend.Halideperovskiet zonnecellen zijn zowel krachtig als goedkoop voor het produceren van elektriciteit twee noodzakelijke ingrediënten voor een succesvolle zonne-technologie van de toekomstMaar de nieuwe zonnecellen moeten ook even stabiel zijn als de op silicium gebaseerde zonnecellen, die meer dan 25 jaar betrouwbaarheid hebben.
In een nieuw gepubliceerd onderzoek, een team onder leiding van Juan-Pablo Correa-Baena, assistent-professor in de School van Materials Sciences and Engineering aan Georgia Tech,laat zien dat halogeenperovskiet zonnecellen minder stabiel zijn dan eerder gedachtHun werk onthult de thermische instabiliteit die zich voordoet binnen de interfaceslagen van de cellen, maar biedt ook een weg naar betrouwbaarheid en efficiëntie voor halogeenperovskiet-zonne-technologie.Hun onderzoek, gepubliceerd als coververhaal voor het tijdschriftGeavanceerde materialenIn december 2022, heeft onmiddellijke implicaties voor zowel academici als professionals uit de industrie die met perovskieten werken in fotovoltaïsche installaties, een gebied dat zich bezighoudt met elektrische stromen die door zonlicht worden gegenereerd.
Zonnecellen met loodhalogeenperovskiet beloven een superieure omzetting van zonlicht in elektriciteit.De meest voorkomende strategie om een hoge conversie-efficiëntie uit deze cellen te krijgen, is het behandelen van hun oppervlak met grote positief geladen ionen die bekend staan als cationen..
Deze kationen zijn te groot om in het perovskietratwerk op atoomschaal te passen en veranderen bij het landen op het perovskietkristal de structuur van het materiaal op de interface waar ze worden afgezet.De daaruit voortvloeiende afwijkingen op atoomschaal beperken de doeltreffendheid van de stroomwinning uit de zonnecelOndanks de bekendheid van deze structurele veranderingen is het onderzoek naar de stabiliteit van de cationen na afzetting beperkt.een leemte in het begrip van een proces die van invloed kan zijn op de levensvatbaarheid op lange termijn van halogeenperovskiet zonnecellen.
"We waren bezorgd dat de reconstructie van de interfaces zou doorgaan tijdens lange perioden van operationele zonnecellen", aldus Correa-Baena.we probeerden te begrijpen en te demonstreren hoe dit proces zich in de loop van de tijd voordoet.??
Om het experiment uit te voeren, heeft het team een voorbeeld zonneapparaat gemaakt met behulp van typische perovskietfilms.Het is de bedoeling dat de onderzoekers experimenten kunnen uitvoeren en gegevens kunnen genereren op basis van de prestaties van elke cel.Ze onderzochten hoe de cellen zouden presteren, zowel met als zonder de kationenoppervlaktebehandeling.en bestudeerde de kation-gemodificeerde interfaces van elke cel voor en na langdurige thermische spanning met behulp van synchrotron-gebaseerde röntgenkarakteriseringstechnieken.
Eerst hebben de onderzoekers de voorbehandelde monsters blootgesteld aan 100 graden.Celsius40 minuten, en vervolgens meten wij de veranderingen in de chemische samenstelling met behulp van röntgenfoto-elektronen spectroscopie.Ze gebruikten ook een ander type röntgentechnologie om precies te onderzoeken welke soort kristallen op het oppervlak van de film ontstaan.Door de informatie van de twee instrumenten te combineren, konden de onderzoekers visualiseren hoe de kationen in het rooster diffuneren en hoe de interface-structuur verandert wanneer ze aan warmte worden blootgesteld.
Vervolgens, om te begrijpen hoe de door cation veroorzaakte structurele veranderingen de prestaties van zonnecellen beïnvloeden, gebruikten de onderzoekers excitatiecorrelatiespectroscopie in samenwerking met Carlos Silva,professor in de fysica en chemie aan Georgia TechDe techniek stelt de monsters van de zonnecellen bloot aan zeer snelle lichtpulsen en detecteert na elke puls de intensiteit van het licht dat uit de film wordt uitgezonden om te begrijpen hoe de energie van het licht verloren gaat.De metingen stellen de onderzoekers in staat om te begrijpen welke soorten oppervlaktefouten de prestaties schaden.
Ten slotte heeft het team de veranderingen in structuur en opto-elektrische eigenschappen gecorreleerd met de verschillen in de efficiëntie van de zonnecellen.Zij bestudeerden ook de veranderingen die door hoge temperaturen worden veroorzaakt in twee van de meest gebruikte cationen en observeerden de verschillen in dynamica op hun interfaces..
"Ons werk heeft aangetoond dat er een zorgwekkende instabiliteit is die wordt veroorzaakt door behandeling met bepaalde cationen", aldus Carlo Perini, onderzoeker in het laboratorium van Correa-Baena en de eerste auteur van het artikel.Maar het goede nieuws is dat, met de juiste engineering van de interface laag, zullen we in de toekomst een verbeterde stabiliteit van deze technologie zien.
De onderzoekers ontdekten dat de oppervlakken van metalen halogeenperovskietfilmen die met organische cationen zijn behandeld, onder thermische spanning in structuur en samenstelling blijven evolueren.Ze zagen dat de resulterende veranderingen op atoomschaal op de interface een aanzienlijk verlies van energie-omzet efficiëntie in zonnecellen kan veroorzakenBovendien ontdekten ze dat de snelheid van deze veranderingen afhankelijk is van het type gebruikte cationen, wat suggereert dat stabiele interfaces binnen handbereik kunnen zijn met een adequaat ontwerp van de moleculen.
"We hopen dat dit werk onderzoekers zal dwingen deze interfaces te testen bij hoge temperaturen en oplossingen te zoeken voor het probleem van instabiliteit", aldus Correa-Baena.¢Dit werk moet wetenschappers in de juiste richting leiden, naar een gebied waar ze zich kunnen concentreren om efficiëntere en stabielere zonne-energie-technologieën te bouwen.