En amerikansk-kanadisk gruppe forskere har brukt Lewis-basemolekyler for å forbedre overflatepassivering i en perovskittsolcelle.Teamet produserte en enhet med høy åpen kretsspenning og bemerkelsesverdige stabilitetsnivåer.
Et amerikansk-kanadisk forskerteam har laget en omvendt perovskittsolcelleved å bruke Lewis-basemolekyler for overflatepassivering.Lewis-baser brukes vanligvis i perovskitt-solforskning for å passivere overflatedefekter i perovskittlaget.Dette har positive effekter på energinivåjustering, grenseflaterekombinasjonskinetikk, hystereseatferd og driftsstabilitet.
"Lewis basicitet, som er omvendt proporsjonal med elektronegativitet, forventes å bestemme bindingsenergien og stabiliseringen av grensesnitt og korngrenser," sa forskerne og la merke til at molekylene viste seg å være svært effektive i å skape sterk binding mellom cellelagene ved grensesnittnivået."Et Lewis-basemolekyl med to elektrondonerende atomer kan potensielt binde og bygge bro mellom grensesnitt og bakkegrenser, og tilbyr potensialet til å forbedre adhesjonen og styrke den mekaniske seigheten til perovskittsolceller."
Forskerne brukte et difosfin Lewis-basemolekyl kjent som 1,3-bis(difenylfosfino)propan (DPPP) for å passivere en av de mest lovende halogenidperovskittene – formamidinium-blyjodidet kjent som FAPbI3 – for bruk i en celles absorberende lag.
De avsatte perovskittlaget på et DPPP-dopet hulltransportlag (HTL) laget av nikkel(II)oksid (NiOx).De observerte at noen DPPP-molekyler gjenoppløste og segregerte ved både perovskitt/NiOx-grensesnittet og perovskittoverflateregionene, og at krystalliniteten til perovskittfilmen ble forbedret.De sa at dette trinnet forbedretmekaniskseigheten til perovskitt/NiOx-grensesnittet.
Forskerne bygget cellen med et substrat laget av glass og tinnoksid (FTO), HTL basert på NiOx, et lag avmetyl-substituert karbazol(Me-4PACz) som hulltransportlaget, perovskittlaget, et tynt lag med fenetylammoniumjodid (PEAI), et elektrontransportlag laget av buckminsterfulleren (C60), et tinn(IV)oksid (SnO2) bufferlag, og en metallkontakt laget av sølv (Ag).
Teamet sammenlignet ytelsen til den DPPP-dopede solcellen med en referanseenhet som ikke gikk gjennom behandlingen.Den dopede cellen oppnådde en effektkonverteringseffektivitet på 24,5 %, en åpen kretsspenning på 1,16 V og en fyllingsfaktor på 82 %.Den udopede enheten nådde en effektivitet på 22,6 %, en åpen kretsspenning på 1,11 V og en fyllingsfaktor på 79 %.
"Forbedringen på fyllfaktor og åpen kretsspenning bekreftet reduksjonen i defekttettheten ved NiOx/perovskite-frontgrensesnittet etter DPPP-behandling," sa forskerne.
Forskerne bygget også en dopet celle med et aktivt areal på 1,05 cm2 som oppnådde en kraftkonverteringeffektivitet på opptil 23,9 %og viste ingen nedbrytning etter 1500 timer.
"Med DPPP, under omgivelsesforhold - det vil si ingen ekstra oppvarming - holdt den totale effektkonverteringseffektiviteten til cellen seg høy i omtrent 3500 timer," sa forsker Chongwen Li."Perovskittsolcellene som tidligere har blitt publisert i litteraturen har en tendens til å se et betydelig fall i effektiviteten etter 1500 til 2000 timer, så dette er en stor forbedring."
Gruppen, som nylig søkte patent på DPPP-teknikken, presenterte celleteknologien i "Rational design of Lewis base molecules forstabile og effektive inverterte perovskitt-solceller", som nylig ble publisert i Science.Teamet inkluderer akademikere fra University of Toronto i Canada, samt forskere fra University of Toledo, University of Washington og Northwestern University i USA.
Innleggstid: 27. februar 2023