ТЕМА:ЭнергияМатериалы НаукаПеровскит солнечная батареяФотовольтаикаСолнечные батареи
В последние годы новый вид солнечной технологии показался многообещающим.Галид-перовскитные солнечные батареи обладают высокой производительностью и низкой стоимостью для производства электрической энергии, что является двумя необходимыми ингредиентами для любой успешной солнечной технологии будущего.Но новые материалы для солнечных батарей также должны соответствовать стабильности кремниевых солнечных батарей, которые имеют более 25 лет надежности.
В недавно опубликованном исследовании, команда во главе с Хуаном-Пабло Корреа-Баено, доцент факультета материаловедения и инженерии Джорджии,показывает, что галид-перовскитные солнечные батареи менее стабильны, чем считалось ранееИх работа раскрывает тепловую нестабильность, которая происходит внутри слоев интерфейса клеток, но также предлагает путь к надежности и эффективности для галидных перовскитов солнечной технологии.Их исследования, опубликованный в качестве обложки журналаПродвинутые материалыв декабре 2022 года, имеет непосредственные последствия как для ученых, так и для профессионалов отрасли, работающих с перовскитами в фотоэлектрической энергетике, области, связанной с электрическими токами, генерируемыми солнечным светом.
Солнечные батареи с перовскитом свинцового галоида обещают превосходное преобразование солнечного света в электрическую энергию.Наиболее распространенная стратегия для получения высокой эффективности преобразования из этих клеток заключается в обработке их поверхностей большими положительно заряженными ионами, известными как катионы.
Эти катионы слишком большие, чтобы поместиться в сетку атомарного масштаба перовскита, и, при посадке на кристалле перовскита, изменяют структуру материала на интерфейсе, где они откладываются.В результате дефекты атомного масштаба ограничивают эффективность извлечения тока из солнечной ячейкиНесмотря на осознание этих структурных изменений, исследования относительно того, являются ли катионы стабильными после осаждения, ограничены.оставляя пробел в понимании процесса, который может повлиять на долгосрочную жизнеспособность галидных перовскитных солнечных элементов.
"Мы были обеспокоены тем, что в течение длительных периодов работы солнечных элементов перестройка интерфейсов будет продолжаться", - сказал Корреа-Баэна.мы стремились понять и продемонстрировать, как этот процесс происходит с течением времени.??
Чтобы провести эксперимент, команда создала образец солнечного устройства с использованием типичных пленок перовскита.что позволяет исследователям экспериментировать и генерировать данные на основе производительности каждой клеткиОни исследовали, как клетки будут выполнять, как с и без катионной поверхности обработки,и изучили катиономодифицированные интерфейсы каждой клетки до и после длительного теплового напряжения с использованием методов рентгеновской характеристики на основе синхротрона.
Во-первых, исследователи подвергли предварительно обработанные образцы 100 градусам.Цельсийв течение 40 минут, а затем измерили изменения их химического состава с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.Они также использовали другой тип рентгеновской технологии, чтобы точно исследовать, какие кристаллические структуры образуются на поверхности пленки.Объединив информацию из двух инструментов, исследователи смогли визуализировать, как катионы диффузируют в решетку и как меняется структура интерфейса при воздействии тепла.
Далее, чтобы понять, как изменения структуры, вызванные катионами, влияют на производительность солнечных батарей, исследователи использовали спектроскопию возбуждения в сотрудничестве с Карлосом Силвой,профессор физики и химии в Джорджии ТехМетод подвергает образцы солнечных батарей очень быстрым импульсам света и обнаруживает интенсивность света, излучаемого из пленки после каждого импульса, чтобы понять, как энергия от света теряется.Измерения позволяют исследователям понять, какие виды дефектов поверхности наносят ущерб производительности.
Наконец, команда связала изменения в структуре и оптоэлектронных свойствах с различиями в эффективности солнечных элементов.Они также изучали изменения, вызванные высокими температурами в двух наиболее используемых катионах и наблюдали различия в динамике на их интерфейсах..
"Наша работа показала, что существует обеспокоенная нестабильность, вызванная обращением с определенными катионами", - сказал Карло Перини, научный сотрудник лаборатории Корреа-Баены и первый автор статьи.Но хорошая новость в том, что, при правильном проектировании уровня интерфейса, мы увидим повышенную стабильность этой технологии в будущем.
Исследователи узнали, что поверхности пленок металлических галидных перовскитов, обработанных органическими катионами, продолжают развиваться в структуре и составе под воздействием теплового напряжения.Они увидели, что в результате изменения атомного масштаба на интерфейсе может вызвать значительную потерю эффективности преобразования энергии в солнечных батареяхКроме того, они обнаружили, что скорость этих изменений зависит от типа используемых катионов, что говорит о том, что стабильные интерфейсы могут быть доступны при адекватной инженерии молекул.
"Мы надеемся, что эта работа заставит исследователей тестировать эти интерфейсы при высоких температурах и искать решения проблемы нестабильности", - сказала Корреа-Баена.Эта работа должна направить ученых в правильном направлении, где они могут сосредоточиться на создании более эффективных и стабильных солнечных технологий.