Kritische fenomenen op nanoschaal onthuld voor efficiëntere en stabiele perovskiet zonnecellen

In een belangrijke vooruitgang voor het stimuleren van de ontwikkeling van hernieuwbare energieopwekking, heeft de School of Engineering van de Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) het voortouw genomen bij het doorbreken van studies van de eigenschappen op nanoschaal van perovskiet zonnecellen (PSC’s). Dit initiatief heeft geresulteerd in de ontwikkeling van efficiëntere en duurzame cellen, klaar om de kosten aanzienlijk te verlagen en de toepassingen te verbreden, waardoor wetenschappelijk onderzoek wordt verbonden met de behoeften van het bedrijfsleven.

In vergelijking met conventionele silicium zonnecellen kunnen PSC’s mogelijk een hogere vermogensconversie-efficiëntie bereiken en het gebruik van goedkopere materialen en duurzamere productieprocessen hebben. Daarom zijn PSC’s een geavanceerd onderzoeksgebied geworden in energie en duurzaamheid.

De langetermijnstabiliteit van PSC’s bij blootstelling aan licht, vochtigheid en thermomechanische stressoren blijft echter een grote hindernis in commercialisering. Een belangrijke factor die instabiliteit veroorzaakt, is de inhomogene verdeling van kationen in perovskiet dunne films, die een ongunstige fase -overgang kunnen veroorzaken die de apparaten geleidelijk afbreekt.

Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Zhou Yuanyuan, universitair hoofddocent van de afdeling chemische en biologische engineering en geassocieerd directeur van het Energy Institute bij HKUST, ontdekte dat de groefvallen op nanoschaal bij de drievoudige knooppunten van de perovskietkorrel dienen als geometrische vallen die katies vastleggen en hun interdiffusie tegen homogenisatie hebben.

Het onderzoeksteam gebruikte een rationele chemische additieve benadering die bekend staat als butylammoniumacetaat en verminderde met succes de diepte van deze groefvallen op nanoschaal met een factor drie. De resulterende kation-geëxogeniseerde PSC’s vertoonden een verbeterde efficiëntie van bijna 26%. Wat nog belangrijker is, deze apparaten tonen voordelige stabiliteit onder verschillende gestandaardiseerde testprotocollen.

De primaire overeenkomstige auteur van de huidige studie, prof. Zhou zei: “De meeste bestaande studies richten zich op het microscopische of macroscopische niveau om de zonnecellen van de perovskiet te verbeteren. Ons team heeft echter details onderzocht tot het nanoschaal in deze PSC’s.

“We gebruikten een geavanceerde karakteriseringstechniek genaamd cathodoluminescentiebeeldvorming om de relatie tussen deze nanoschaalgroafvallen en kationdistributie te onderzoeken. Deze fundamentele benadering leidde onze engineering van deze nanogroeoves om de kationverdeling te homogeniseren en de celprestaties te verbeteren”.

De bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift Natuurnanotechnologiein een paper getiteld “Nanoscopische kruiskorrel kation homogenisatie in perovskiet zonnecellen. “

HKUST Postdoctoral Fellow Dr. Hao Mingwei, de eerste auteur van dit werk, voegde eraan toe: “Perovskite is een zachte roostermateriaal. Tijdens onze experimenten hebben we opmerkelijke structurele kenmerken gevonden in perovskiet dunne films die opmerkelijk verschillen van die in conventionele materialen. deze potentiële game-wisselaar. “

Prof. Mahshid Ahmadi van de Universiteit van Tennessee, Knoxville is de co-correspondende auteur van dit werk. Andere medewerkers zijn van de Yale University, Oak Ridge National Laboratory, Yonsei University en Hong Kong Baptist University.