Μια ομάδα επιστημόνων από ΗΠΑ-Καναδά χρησιμοποίησε μόρια βάσης Lewis για να βελτιώσει την επιφανειακή παθητικοποίηση σε ένα ηλιακό κύτταρο περοβσκίτη.Η ομάδα παρήγαγε μια συσκευή με υψηλή τάση ανοιχτού κυκλώματος και αξιοσημείωτα επίπεδα σταθερότητας.
Μια αμερικανική-καναδική ερευνητική ομάδα κατασκεύασε έναν ανεστραμμένο περοβσκίτηηλιακό κύτταροχρησιμοποιώντας μόρια βάσης Lewis για επιφανειακή παθητικοποίηση.Οι βάσεις Lewis χρησιμοποιούνται γενικά στην ηλιακή έρευνα περοβσκίτη για την παθητικοποίηση επιφανειακών ελαττωμάτων στο στρώμα περοβσκίτη.Αυτό έχει θετικά αποτελέσματα στην ευθυγράμμιση του ενεργειακού επιπέδου, στην κινητική του ανασυνδυασμού της επιφάνειας, στη συμπεριφορά υστέρησης και στη λειτουργική σταθερότητα.
«Η βασικότητα Lewis, η οποία είναι αντιστρόφως ανάλογη με την ηλεκτραρνητικότητα, αναμένεται να καθορίσει την ενέργεια δέσμευσης και τη σταθεροποίηση των διεπαφών και των ορίων κόκκων», είπαν οι επιστήμονες, σημειώνοντας ότι τα μόρια αποδείχθηκαν εξαιρετικά αποτελεσματικά στη δημιουργία ισχυρών δεσμών μεταξύ των κυτταρικών στοιβάδων στο το επίπεδο διεπαφής.«Ένα μόριο βάσης Lewis με δύο άτομα που δίνουν ηλεκτρόνια μπορεί ενδεχομένως να δεσμεύσει και να γεφυρώσει τις διεπαφές και τα όρια του εδάφους, προσφέροντας τη δυνατότητα ενίσχυσης της πρόσφυσης και ενίσχυσης της μηχανικής σκληρότητας των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη».
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ένα μόριο βάσης διφωσφίνης Lewis γνωστό ως 1,3-δις(διφαινυλφωσφινο) προπάνιο (DPPP) για να παθητικοποιήσουν έναν από τους πιο πολλά υποσχόμενους περοβσκίτες αλογονιδίου - το ιωδιούχο μόλυβδο φορμαμιδίνιο γνωστό ως FAPbI3 - για χρήση στο στρώμα απορρόφησης ενός κυττάρου.
Τοποθέτησαν το στρώμα περοβσκίτη σε ένα στρώμα μεταφοράς οπής με πρόσμειξη DPPP (HTL) κατασκευασμένο από οξείδιο του νικελίου (II) (NiOx).Παρατήρησαν ότι ορισμένα μόρια DPPP επαναδιαλύθηκαν και διαχωρίστηκαν τόσο στη διεπιφάνεια περοβσκίτη/NiOx όσο και στις περιοχές της επιφάνειας περοβσκίτη και ότι η κρυσταλλικότητα του φιλμ περοβσκίτη βελτιώθηκε.Είπαν ότι αυτό το βήμα ενίσχυσε τηνμηχανικόςσκληρότητα της διεπαφής περοβσκίτη/NiOx.
Οι ερευνητές κατασκεύασαν το κύτταρο με ένα υπόστρωμα από γυαλί και οξείδιο κασσίτερου (FTO), το HTL που βασίζεται σε NiOx, ένα στρώμα απόμεθυλο-υποκατεστημένο καρβαζόλιο(Me-4PACz) ως το στρώμα μεταφοράς οπών, το στρώμα περοβσκίτη, ένα λεπτό στρώμα ιωδιούχου φαιναιθυλαμμωνίου (PEAI), ένα στρώμα μεταφοράς ηλεκτρονίων κατασκευασμένο από buckminsterfullerene (C60), ένα ρυθμιστικό στρώμα οξειδίου του κασσιτέρου (IV) (SnO2) και μια μεταλλική επαφή από ασήμι (Ag).
Η ομάδα συνέκρινε την απόδοση του ηλιακού κυττάρου με πρόσμειξη DPPP με μια συσκευή αναφοράς που δεν πέρασε από τη θεραπεία.Το ντοπαρισμένο στοιχείο πέτυχε απόδοση μετατροπής ισχύος 24,5%, τάση ανοιχτού κυκλώματος 1,16 V και συντελεστή πλήρωσης 82%.Η μη κλειστή συσκευή έφτασε σε απόδοση 22,6%, τάση ανοιχτού κυκλώματος 1,11 V και συντελεστή πλήρωσης 79%.
«Η βελτίωση του συντελεστή πλήρωσης και της τάσης ανοιχτού κυκλώματος επιβεβαίωσε τη μείωση της πυκνότητας ελαττώματος στη μπροστινή διεπαφή NiOx/περοβσκίτη μετά την επεξεργασία DPPP», είπαν οι επιστήμονες.
Οι ερευνητές κατασκεύασαν επίσης ένα ντοπαρισμένο κελί με ενεργό εμβαδόν 1,05 cm2 που πέτυχε μετατροπή ισχύοςαπόδοση έως και 23,9%και δεν παρουσίασε υποβάθμιση μετά από 1.500 ώρες.
«Με το DPPP, υπό συνθήκες περιβάλλοντος – δηλαδή χωρίς πρόσθετη θέρμανση – η συνολική απόδοση μετατροπής ισχύος της κυψέλης παρέμεινε υψηλή για περίπου 3.500 ώρες», δήλωσε ο ερευνητής Chongwen Li.«Τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη που έχουν δημοσιευτεί προηγουμένως στη βιβλιογραφία τείνουν να δουν σημαντική πτώση στην απόδοσή τους μετά από 1.500 έως 2.000 ώρες, επομένως αυτό είναι μια μεγάλη βελτίωση».
Η ομάδα, η οποία πρόσφατα υπέβαλε αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την τεχνική DPPP, παρουσίασε την κυτταρική τεχνολογία στο «Rational design of Lewis base molecules forσταθερά και αποτελεσματικά ηλιακά κύτταρα ανεστραμμένου περοβσκίτη», το οποίο δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Science.Η ομάδα περιλαμβάνει ακαδημαϊκούς από το Πανεπιστήμιο του Τορόντο στον Καναδά, καθώς και επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Τολέδο, το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον και το Πανεπιστήμιο Northwestern στις Ηνωμένες Πολιτείες.
Ώρα δημοσίευσης: Φεβ-27-2023