Crystal-modificerend middel piracetam biedt schaalbare strategie voor zeer efficiënte all-perovskiet tandem zonnecellen

All-Perovskite tandem zonnecellen (TSC’s) zijn een klasse zonnecellen bestaande uit twee of meer subcellen die licht absorberen met verschillende golflengten, die allemaal zijn gemaakt van perovskieten (dwz materialen met een karakteristieke kristalstructuur die bekend staat om licht te absorberen). Deze zonnecellen bleken veelbelovende energieoplossingen te zijn, omdat ze zonlicht efficiënter in elektriciteit kunnen omzetten dan bestaande zonnecellen op basis van siliconen.

Ondanks hun potentieel presteren de meeste tot nu toe ontwikkelde alles-perovskiet-TSC’s alleen goed als ze klein zijn en hun prestaties snel afnemen naarmate hun grootte toeneemt. Dit heeft uiteindelijk voorkomen dat ze op een grootschalige worden vervaardigd en ingezet.

Onderzoekers van Wuhan University en andere instituten in China hebben onlangs een nieuwe strategie geïntroduceerd voor het verbeteren van de prestaties van All-Perovskite TSC’s, ongeacht hun grootte, wat op zijn beurt zou kunnen bijdragen aan hun toekomstige commercialisering. Hun voorgestelde benadering voor het fabriceren van deze cellen, in een paper beschreven gepubliceerd in Natuurnanotechnologieomvat het gebruik van piracetam, een chemisch additief dat kan helpen om de beginfase van kristalvorming (dwz nucleatie) te regelen in brede bandgap perovskieten.

“All-Perovskite TSC’s bieden uitzonderlijke prestaties en veelzijdige toepasbaarheid”, schreef Shiqiang Fu, Shun Zhou en hun collega’s in hun paper. “Er blijft echter een belangrijke uitdaging bestaan ​​bij het overbruggen van de Power Conversion Efficiency (PCE) -gap tussen kleine en grote en grote area (> 1 cm²) apparaten, die een formidabele barrière presenteren voor de commercialisering van All-Perovskite TSC’s. We introduceren een gespecialiseerd kristal-modificerend middel, piracetam, op maat gemaakt voor perovskites met wide-bandgap, homogeniserende bovenste bandgap-subcellen en het mogelijk maken van de constructie van efficiënte grootvaardige TSC’s. “

Piracetam, een synthetische verbinding met de moleculaire formule C₆h₁₀n₂o₂, werd voor het eerst geïntroduceerd in de jaren zestig. Als onderdeel van hun studie gebruikten de onderzoekers deze verbinding als een kristal-modificerend middel, of meer specifiek om de groei van perovskietkristallen te regelen en ongewenste restverbindingen te elimineren, waardoor de prestaties van alle perovskiet zonnecellen uiteindelijk werden verbeterd.

“Piracetam, met amide- en pyrrolidongroepen, moduleert aanvankelijk perovskiet-nucleatie, resulterend in grote korrels, voorkeurs (110) oriëntatie, verbeterde kristalliniteit en uniforme opto-elektronische eigenschappen,” verklaarde Fu, Zhou en hun collega’s. “Tijdens het daaropvolgende gloeiproces elimineert het verder resterende PBI₂ en vergemakkelijkt de vorming van eendimensionale (PI) PBI₃ (PI = Piracetam) Perovskiet nanonoEdles aan de korrelgrenzen en oppervlakken. “

De onderzoekers gebruikten hun voorgestelde benadering om soepelere en hoogwaardige brede bandgap perovskietfilms te synthetiseren, met minder defecten en een verbeterde kristalliniteit. Vervolgens gebruikten ze deze films om zowel kleine als grote TSC’s te maken, die ze in een reeks tests evalueerden.

“Single-Junction 1.77 EV-Bandgap zonnecellen bereiken een gecertificeerde open circuitspanning van 1,36 V en een PCE van 20,35%”, schreef Fu, Zhou en hun collega’s. “Bovendien, onze monolithische twee-terminale All-Perovskite TSC’s, met openingsgebieden van 0,07 cm² en 1,02 cm²opbrengst PCE’s van 28,71%(gestabiliseerd 28,55%, gecertificeerd 28,13%) en 28,20%(gestabiliseerd 28,05%, respectievelijk gecertificeerd 27,30%), wat een minimaal PCE-verlies van 0,51%aantoont bij de overgang van klein-area naar groot-gebiedsdiensten.

“Bovendien vertoont Piracetam brede toepasbaarheid over verschillende perovskietsamenstellingen, waardoor de PCE wordt verhoogd van 23,56% naar 25,71% voor 1,56 EV-Bandgap-tegenhangers met één junctie.”

De resultaten van deze recente studie benadrukken het potentieel van piracetam als een kristal-modificerend middel om de kwaliteit van brede-bandgap perovskietfilms voor zonnecellen te verbeteren. In de toekomst konden de benadering van Fu, Zhou en zijn collega’s bijdragen aan de vooruitgang van All-Perovskite TSC’s, waardoor hun prestaties worden vergroot omdat ze worden opgeschaald en hun wijdverbreide adoptie vergemakkelijken.