Store tilsetningsstoffer kan få billigere solceller til å vare lenger

11. januar 2024 (Nanowerk Nyheter) Et innblikk i å forebygge perovskitt halvledere fra å forringes raskt, oppdaget ved University of Michigan, kan bidra til at solceller som er anslått å være to til fire ganger billigere enn dagens tynnfilm solcellepaneler. Funnene er publisert i Cell ("Molekylær design av defektpassivatorer for termisk stabile metallhalogenide perovskittfilmer"). Perovskitter kan også kombineres med de silisiumbaserte halvlederne som er utbredt i dagens solcellepaneler for å lage "tandem" solceller som kan overgå den maksimale teoretiske effektiviteten til silisiumsolceller. Perovskite-solceller som denne, laget av Xiwen Gongs gruppe, kan gjøre solenergi billigere og mer miljøvennlig - men de brytes ned raskere enn silisium. I en studie publisert i tidsskriftet Matter, oppdaget teamet hvordan de kan få den svarte perovskittfilmen til å vare lenger. (Bilde: Zhengtao Hu, Gong Lab, University of Michigan) "Silisiumsolceller er flotte fordi de er veldig effektive og kan vare i veldig lang tid, men den høye effektiviteten kommer med en høy kostnad," sa Xiwen Gong, UM-assistent professor i kjemiteknikk. «For å lage silisium med høy renhet, trengs temperaturer over 1,000 grader Celsius. Ellers vil effektiviteten ikke være like god.» Den høye temperaturen kommer med høyere økonomiske og miljømessige kostnader. Men mens perovskitter kan produseres ved lavere temperaturer, brytes de ned når de utsettes for varme, fuktighet og luft. Som et resultat er levetiden til perovskitt i dag for kort til å være kommersielt konkurransedyktig i solcellepaneler. Gongs forskning tar sikte på å lage hardere perovskittsolceller, og hennes siste studie publisert i tidsskriftet Matter antyder at voluminøse "defektpasifiserende" molekyler er best til å øke perovskittenes stabilitet og generelle levetid. Perovskittkrystaller inneholder blyatomer som ikke er helt bundet til de andre komponentene i perovskitten. Slike "underkoordinerte steder" er defekter som ofte finnes på krystalloverflatene og ved korngrenser der det er et brudd i krystallgitteret. Disse defektene hindrer bevegelsen av elektroner og fremskynder nedbrytningen av perovskittmaterialet. Xiwen Gongs team designet disse tre molekylære tilsetningsstoffene for å studere hvordan et tilsetningsstoffs størrelse og konfigurasjon påvirker stabiliteten til perovskittfilmer, en klasse materialer som kan brukes til å lage høyeffektive, rimelige solceller. Tilsetningsstoffene kan forhindre defekter - som skader effektiviteten til solcellene - fra å vokse med pauser perovskittkrystallgitter, kjent som korngrenser. Perovskittgitteret vises som en rekke gule diamanter, mens defektstedene vises som mørkeblå stiplede sirkler. De stiplede svarte linjene viser bindinger som potensielt kan dannes mellom perovskitt og tilsetningsstoffer. Det mest voluminøse molekylet dekker de fleste defektene på overflaten av perovskittkornene, samtidig som det øker den totale størrelsen på kornene under produksjonsprosessen. Større perovskittkorn resulterer i en lavere tetthet av korngrenser gjennom hele filmen, noe som reduserer antallet steder hvor defekter kan dannes. (Bilde: Carlos A. Figueroa Morales, Gong Lab, University of Michigan) Ingeniører vet allerede at å blande defekte pasifiserende molekyler inn i perovskittene kan bidra til å låse opp det underkoordinerte blyet, og i sin tur forhindre at andre ufullkommenheter dannes ved høye temperaturer. Men til nå visste ikke ingeniører nøyaktig hvordan et gitt molekyl påvirket hardførheten til perovskittceller. "Vi ønsket å finne ut hvilke funksjoner på molekylene som spesifikt forbedrer perovskittens stabilitet," sa Hongki Kim, en tidligere postdoktor i kjemiteknikk og en av studiens første forfattere. For å undersøke problemet, laget Gongs team tre tilsetningsstoffer med en rekke former og størrelser og la dem til tynne filmer av perovskittkrystaller, som kan absorbere lys og konvertere det til elektrisitet. Hvert tilsetningsstoff inneholdt de samme eller lignende kjemiske byggesteinene, noe som gjorde størrelse, vekt og arrangement til hovedegenskapene som skiller dem. Deretter målte teamet hvor sterkt de forskjellige tilsetningsstoffene interagerte med perovskitter og påvirket følgelig dannelsen av defekter i filmene. Større molekyler etter masse var bedre til å holde seg til perovskitten fordi de hadde flere bindingssteder som interagerer med perovskittkrystaller. Som et resultat hadde de en tendens til å være bedre til å forhindre at defekter dannes. Men de beste tilsetningsstoffene måtte også ta mye plass. Store, men tynne molekyler resulterte i mindre perovskittkorn under produksjonsprosessen. Mindre korn er ikke ideelle fordi de også skaper perovskittceller med flere korngrenser, eller flere områder hvor defekter kan dannes. I motsetning til dette tvang store molekyler større perovskittkorn til å danne seg, noe som igjen reduserte tettheten av korngrensene i filmen. Oppvarming av perovskittfilmene til over 200 grader Celsius bekreftet at klumpete tilsetningsstoffer hjalp filmene med å beholde mer av sin karakteristiske skifersvarte farge og utvikle færre strukturelle defekter.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=64399.php