Raziskovalci dosegli rekordno stabilnost perovskitnega sončnega modula pod svetlobo, vročino in UV obremenitvijo

Mednarodna raziskovalna skupina je dosegla rekordno stabilnost perovskitnega solarnega modula pri svetlobnih, toplotnih in UV-obremenitvah s kemijsko-tehnologijo pasivizacije, ki je-združljiva z industrijo. Predvsem je demonstracijski modul s 48 cm2 ohranil približno 95 % svoje začetne učinkovitosti po 5000 urah namakanja pri 1 sončni svetlobi in največji točki moči (MPP).

»Ključna novost tega dela je uvedba strategije ko-kristalnega inženiringa za dvo-dimenzionalne (2D) perovskite, ki temeljijo na nevtralnih molekulah, namesto na običajnih ionskih obsežnih kationih,« je za revijo pv povedala avtorica Narges Yaghoobi Nia in dodala, da je študija pokazala, da nevtralne molekule na osnovi triazina-, znane kot benzogvanamin (BGA), lahko delujejo kot "koformerji za sestavljanje v stehiometrično 2D perovskitno ko-kristalno fazo z medmolekularnimi interakcijami namesto ionske izmenjave."

Raziskovalci so ugotovili, da BGA selektivno pasivizira halogenidne in kationske proste prostore v perovskitnih kompozitnih tankih filmih z "tvorjenjem močnih Lewisovih aduktov in medmolekularnih vezi", ki delujejo kot večnamensko sredstvo.

»Ti 2D-perovskitni filmi na osnovi BGA- učinkovito blokirajo migracijo ionov in izločanje hlapnih MA+ kationov pod dolgotrajno osvetlitvijo okolja,« so povedali raziskovalci in dodali, da stabilna 2D-perovskitna faza ni spremenila prvotne 3D-perovskitne stehiometrije.

Novost je bila tudi uporaba ne{0}}polarnih,-industrijsko združljivih topil, da bi se izognili poškodbam 3D-sloja, pravi Yaghoobi Nia.

Predstavitev obdelanih filmov v optimiziranih perovskitnih sončnih celicah je povzročila več kot 95-odstotno ohranitev učinkovitosti po 5.000 urah namakanja na 1-sončni svetlobi in pogojih MPP. Pri preskusih termične obremenitve je imela ciljna naprava več kot 91-odstotno ohranitev učinkovitosti po 5000 urah pri 85 C in več kot 98-odstotno ohranitev učinkovitosti pri 1000-urni neprekinjeni izpostavljenosti UV-žarkom in sledenju MPP pri atmosferskih pogojih.

Raziskovalci so izdelali tudi module z do 48 cm² aktivne površine, ki so imeli 18,5-odstotno učinkovitost pretvorbe energije in ravni stabilnosti, ki presegajo komercialne zahteve IEC/ISOS. Majhne-sončne celice so imele 23,4-odstotno učinkovitost.

»Naša metoda ko-kristalnega inženiringa kaže jasno izboljšanje učinkovitosti in stabilnosti v primerjavi s predhodno objavljenimi rezultati,« so opozorili raziskovalci. "Ta napredek skupaj neposredno obravnava eno od zadnjih večjih ovir za komercializacijo perovskita: dolgoročno -stabilnost modula v realnih delovnih pogojih," je dejal Yaghoobi Nia.

Kar zadeva proizvodne zmogljivosti, je bil postopek izdelave ko-kristalov zasnovan tako, da je združljiv z obstoječimi poteki dela za proizvodnjo perovskita.

"S procesnega vidika je to en sam dodatni korak nanosa na standardno 3D plast perovskita," je pojasnil Yaghoobi Nia in dodal, da ne zahteva zapletene sinteze, visoko-temperaturne obdelave, vakuumskih korakov ali novih kapitalsko-orodij. "To zmanjšuje oviro za prenos tehnologije na obstoječe fotonapetostne proizvodne linije," je opozorila.

2D ko-kristalna plast nastane z nanašanjem raztopine iz ne-polarnega topila, čemur sledi blago termično žarjenje. »Pomembno je, da je zapletenost kemična in ne tehnološka. Inovacija je v molekularni zasnovi in ​​medfazni kemiji, ne v dodanih proizvodnih korakih. Zaradi tega je pristop zelo privlačen za-razširitev in industrijsko uporabo,« je poudaril Yaghoobi Nia

Raziskavo je vodila ekipa iz Iritaly Trading Company in École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), ki so se ji pridružili raziskovalci z rimske univerze Tor Vergata, Inštituta za strukturo snovi, Argonne National Laboratory, Italija-Greatcell Solar.

Raziskovalci so delo z BGA ocenili kot "prelomno spojino za uresničitev edinstvenih ko-kristalnih nizko{1}}dimenzionalnih perovskitnih faz z uporabo ne-polarnih topil, kar vodi do zelo učinkovitih in stabilnih perovskitnih naprav."

Podrobno je opisano v "Ko-kristalni inženiring dvo-dimenzionalne perovskitne faze za perovskitne solarne module z izboljšano učinkovitostjo in stabilnostjo", objavljenem v Nature Energy.