Vsi anorganski perovskiti se po učinkovitosti dobro primerjajo s svojimi hibridnimi kolegi. zasluga: Ilustracija Zi Zhang
Nove raziskave dokazujejo veliko obljubo, da vse anorganske perovskitne sončne celice izboljšujejo učinkovitost sončnih celic.
Hibridni organsko-anorganski perovskiti so že pokazali visoko fotovoltaično učinkovitost nad 25%. Prevladujoče znanje na tem področju je, da so organske molekule (ki vsebujejo ogljik in vodik) v materialih ključnega pomena za dosego te impresivne zmogljivosti, ker naj bi zavirale rekombinacijo nosilca, ki je podprta z napakami.
Nove raziskave na Oddelku za materiale UC Santa Barbara so pokazale ne le, da je ta predpostavka napačna, ampak da imajo vsi anorganski materiali potencial, da presegajo hibridne perovskite. Ugotovitve so objavljene v članku “Vsi anorganski halogenidi perovskiti kot kandidati za učinkovite sončne celice”, ki je objavljen na naslovnici revije 20. oktobra 2021. fizika poročila o celicah.
“Za primerjavo materialov smo izvedli obsežne simulacije rekombinacijskega mehanizma,” je pojasnila vodja raziskave Xie Zhang. »Ko svetloba sije na material sončne celice, fotonapetostni nosilci ustvarijo tok; Rekombinacija napak uniči nekatere od teh nosilcev in zato zmanjša učinkovitost. Napake tako delujejo kot ubijalci učinkovitosti. “
Za primerjavo anorganskih in hibridnih perovskitov so raziskovalci preučevali dva prototipna materiala. Oba materiala vsebujeta atome svinca in joda, vendar kristalno strukturo v enem materialu dopolnjuje anorganski element cezij, v drugem pa organska molekula metilamonija.
Te procese je zelo težko eksperimentalno razvrstiti, vendar lahko najsodobnejši kvantno-mehanski izračuni natančno napovedujejo stopnje rekombinacije, zahvaljujoč novi metodi, ki jo je v skupini razvil profesor materialov UCSB Chris Van de Waale, ki je pripisal priznanje Markovi skupini Turiansky, višji podiplomski študent v ZDA, pomaga pri pisanju kode za izračun stopenj rekombinacije.
“Naše metode so zelo učinkovite pri določanju, kateri nosilci napak povzročajo škodo,” je dejal Turiansky. “Navdušujoče je videti pristop, ki se uporablja za eno od kritičnih vprašanj našega časa, in sicer za učinkovito proizvodnjo obnovljivih virov energije.”
Simulacije pri izvajanju so pokazale, da napake, skupne obema materialoma, vodijo do primerljivih (in relativno benignih) ravni rekombinacije. Vendar se lahko organska molekula razgradi v hibridnem perovskitu; Ko pride do izgube atomov vodika, nastala “prosta delovna mesta” povzročijo drastično zmanjšanje učinkovitosti. Tako je prisotnost molekule bolj pomanjkljivost kot lastnost za splošno učinkovitost materiala.
Zakaj potem tega eksperimentalno niso upoštevali? Predvsem zato, ker je težje gojiti kakovostne plasti vseh anorganskih materialov. Nagnjeni so k prevzemanju drugih kristalnih struktur, zato je za pospeševanje nastajanja želene strukture potrebno več poskusnega napora. Nedavne raziskave pa so pokazale, da je vsekakor mogoče dobiti želeno strukturo. Kljub temu težave pojasnjujejo, zakaj vsi anorganski perovskiti do danes niso bili deležni toliko pozornosti.
“Upamo, da bodo naše ugotovitve glede pričakovane učinkovitosti spodbudile več dejavnosti, namenjenih proizvodnji anorganskih perovskitov,” je zaključil van de Waale.
Reference: Zi Zhang, Mark E. Turiansky in Chris G. “Vse anorganske halogenidne perovskite kot kandidate za učinkovite sončne celice”, 11. oktober 2021, avtor van de Waale fizika poročila o celicah.
DOI: 10.1016/j.xcrp.2021.100604
Sredstva za to raziskavo je zagotovil Urad za znanost Ministrstva za energijo, Urad za osnovne energetske vede; Izračuni so bili izvedeni v Nacionalnem znanstvenem računalniškem centru za raziskave energije.
