Een Amerikaans-Canadese groep wetenschappers heeft Lewis-basismoleculen gebruikt om de passivatie van het oppervlak in een perovskiet-zonnecel te verbeteren.Het team produceerde een apparaat met een hoge nullastspanning en opmerkelijke stabiliteitsniveaus.
Een Amerikaans-Canadees onderzoeksteam heeft een omgekeerde perovskiet vervaardigdZonneceldoor Lewis-basismoleculen te gebruiken voor oppervlaktepassivering.Lewis-bases worden over het algemeen gebruikt in perovskiet-zonneonderzoek om oppervlaktedefecten in de perovskietlaag tepassiveren.Dit heeft positieve effecten op de uitlijning van het energieniveau, de grensvlakrecombinatiekinetiek, het hysteresisgedrag en de operationele stabiliteit.
“Lewis basiciteit, die omgekeerd evenredig is aan de elektronegativiteit, zal naar verwachting de bindingsenergie en de stabilisatie van grensvlakken en korrelgrenzen bepalen”, aldus de wetenschappers, waarbij ze opmerkten dat de moleculen zeer efficiënt bleken te zijn in het creëren van sterke binding tussen de cellagen op het interfaceniveau.“Een Lewis-basismolecuul met twee elektronendonerende atomen kan potentieel grensvlakken en grondgrenzen binden en overbruggen, wat het potentieel biedt om de adhesie te verbeteren en de mechanische taaiheid van perovskietzonnecellen te versterken.”
De wetenschappers gebruikten een difosfine Lewis-basismolecuul bekend als 1,3-bis (difenylfosfino) propaan (DPPP) om een van de meest veelbelovende halogenide perovskieten – het formamidinium-loodjodide bekend als FAPbI3 – tepassiveren voor gebruik in de absorberlaag van een cel.
Ze hebben de perovskietlaag afgezet op een DPPP-gedoteerde gatentransportlaag (HTL) gemaakt van nikkel (II) oxide (NiOx).Ze merkten op dat sommige DPPP-moleculen opnieuw werden opgelost en gescheiden op zowel het perovskiet/NiOx-grensvlak als de perovskietoppervlaktegebieden, en dat de kristalliniteit van de perovskietfilm verbeterde.Ze zeiden dat deze stap demechanischtaaiheid van het perovskiet/NiOx-grensvlak.
De onderzoekers bouwden de cel met een substraat van glas en tinoxide (FTO), de HTL op basis van NiOx, een laag vanmethyl-gesubstitueerd carbazool(Me-4PACz) als de gatentransportlaag, de perovskietlaag, een dunne laag fenethylammoniumjodide (PEAI), een elektronentransportlaag gemaakt van buckminsterfullereen (C60), een tin (IV) oxide (SnO2) bufferlaag, en een metalen contact gemaakt van zilver (Ag).
Het team vergeleek de prestaties van de met DPPP gedoteerde zonnecel met een referentieapparaat dat de behandeling niet had ondergaan.De gedoteerde cel behaalde een energieomzettingsrendement van 24,5%, een nullastspanning van 1,16 V en een vulfactor van 82%.Het ongedoteerde apparaat bereikte een rendement van 22,6%, een nullastspanning van 1,11 V en een vulfactor van 79%.
“De verbetering van de vulfactor en de nullastspanning bevestigde de vermindering van de defectdichtheid aan het NiOx/perovskiet-frontinterface na DPPP-behandeling”, aldus de wetenschappers.
De onderzoekers bouwden ook een gedoteerde cel met een actief oppervlak van 1,05 cm2 die een stroomomzetting realiseerdeefficiëntie tot 23,9%en vertoonde geen degradatie na 1.500 uur.
“Met DPPP bleef onder omgevingsomstandigheden – dat wil zeggen zonder extra verwarming – de totale energieomzettingsefficiëntie van de cel ongeveer 3.500 uur hoog”, aldus onderzoeker Chongwen Li.“De perovskietzonnecellen die eerder in de literatuur zijn gepubliceerd, hebben de neiging om na 1.500 tot 2.000 uur een aanzienlijke daling in hun efficiëntie te zien, dus dit is een grote verbetering.”
De groep, die onlangs patent heeft aangevraagd voor de DPPP-techniek, presenteerde de celtechnologie in ‘Rational design of Lewis base molecules forstabiele en efficiënte omgekeerde perovskiet-zonnecellen”, dat onlangs verscheen in Science.Het team bestaat uit academici van de Universiteit van Toronto in Canada, maar ook uit wetenschappers van de Universiteit van Toledo, de Universiteit van Washington en de Northwestern University in de Verenigde Staten.
Posttijd: 27 februari 2023