En amerikansk-canadisk gruppe af forskere har brugt Lewis-basemolekyler til at forbedre overfladepassivering i en perovskit-solcelle.Holdet producerede en enhed med en høj åben kredsløbsspænding og bemærkelsesværdige stabilitetsniveauer.
Et amerikansk-canadisk forskerhold har fremstillet en omvendt perovskitsolcelleved at bruge Lewis-basemolekyler til overfladepassivering.Lewis-baser bruges generelt i perovskit-solforskning til at passivere overfladedefekter i perovskitlaget.Dette har positive effekter på energiniveaujustering, grænsefladerekombinationskinetik, hystereseadfærd og driftsstabilitet.
"Lewis basicitet, som er omvendt proportional med elektronegativitet, forventes at bestemme bindingsenergien og stabiliseringen af grænseflader og korngrænser," sagde forskerne og bemærkede, at molekylerne viste sig at være yderst effektive til at skabe stærk binding mellem cellelagene ved grænsefladeniveauet."Et Lewis-basemolekyle med to elektrondonerende atomer kan potentielt binde og bygge bro mellem grænseflader og jordgrænser, hvilket giver potentialet til at forbedre adhæsionen og styrke den mekaniske sejhed af perovskit-solceller."
Forskerne brugte et diphosphin Lewis-basemolekyle kendt som 1,3-bis(diphenylphosphino)propan (DPPP) til at passivere en af de mest lovende halogenidperovskitter – formamidinium blyiodid kendt som FAPbI3 – til brug i en celles absorberende lag.
De afsatte perovskitlaget på et DPPP-doteret hultransportlag (HTL) lavet af nikkel(II)oxid (NiOx).De observerede, at nogle DPPP-molekyler genopløste og adskilte ved både perovskit/NiOx-grænsefladen og perovskit-overfladeregionerne, og at krystalliniteten af perovskitfilmen blev forbedret.De sagde, at dette trin forbedredemekanisksejhed af perovskite/NiOx-grænsefladen.
Forskerne byggede cellen med et substrat lavet af glas og tinoxid (FTO), HTL baseret på NiOx, et lag afmethyl-substitueret carbazol(Me-4PACz) som hultransportlaget, perovskitlaget, et tyndt lag phenethylammoniumiodid (PEAI), et elektrontransportlag lavet af buckminsterfulleren (C60), et tin(IV)oxid (SnO2) bufferlag og en metalkontakt lavet af sølv (Ag).
Holdet sammenlignede ydeevnen af den DPPP-dopede solcelle med en referenceenhed, der ikke gik igennem behandlingen.Den doterede celle opnåede en effektkonverteringseffektivitet på 24,5 %, en åben kredsløbsspænding på 1,16 V og en fyldningsfaktor på 82 %.Den udopede enhed nåede en effektivitet på 22,6 %, en tomgangsspænding på 1,11 V og en fyldningsfaktor på 79 %.
"Forbedringen af fyldfaktor og åben kredsløbsspænding bekræftede reduktionen i defekttæthed ved NiOx/perovskite frontgrænsefladen efter DPPP-behandling," sagde forskerne.
Forskerne byggede også en dopet celle med et aktivt areal på 1,05 cm2, der opnåede en kraftomdannelseeffektivitet på op til 23,9 %og viste ingen nedbrydning efter 1.500 timer.
"Med DPPP, under omgivende forhold - det vil sige ingen yderligere opvarmning - forblev cellens samlede effektkonverteringseffektivitet høj i cirka 3.500 timer," sagde forsker Chongwen Li."De perovskit-solceller, der tidligere er blevet offentliggjort i litteraturen, har en tendens til at se et betydeligt fald i deres effektivitet efter 1.500 til 2.000 timer, så dette er en stor forbedring."
Gruppen, som for nylig ansøgte om patent på DPPP-teknikken, præsenterede celleteknologien i "Rational design of Lewis base molecules forstabile og effektive inverterede perovskit-solceller", som for nylig blev offentliggjort i Science.Holdet omfatter akademikere fra University of Toronto i Canada, samt forskere fra University of Toledo, University of Washington og Northwestern University i USA.
Indlægstid: 27. februar 2023