Οι ερευνητές πέτυχαν ρεκόρ σταθερότητας ηλιακής μονάδας Perovskite κάτω από το φως, τη θερμότητα και το στρες UV

Μια διεθνής ερευνητική ομάδα έχει επιτύχει σταθερότητα ρεκόρ ηλιακής μονάδας περοβσκίτη υπό φως, θερμότητα και υπεριώδη ακτινοβολία με μια τεχνολογία παθητικοποίησης που βασίζεται στη χημεία-που είναι συμβατή με τη βιομηχανία-. Αξίζει να σημειωθεί ότι μια μονάδα επίδειξης 48 cm2 διατήρησε περίπου το 95% της αρχικής της απόδοσης μετά από 5.000 ώρες εμποτισμού με φως 1 ήλιου και σημείου μέγιστης ισχύος (MPP).

"Η βασική καινοτομία αυτής της εργασίας είναι η εισαγωγή μιας-στρατηγικής συν-κρυσταλλικής μηχανικής για δισδιάστατους (2D) περοβσκίτες που βασίζεται σε ουδέτερα μόρια, αντί σε συμβατικά ιοντικά ογκώδη κατιόντα", δήλωσε στο περιοδικό pv η αντίστοιχη συγγραφέας Narges Yaghoobi Nia, προσθέτοντας ότι η μελέτη έδειξε ότι η μελέτη ουδέτερος}base{3} Η βενζογουαναμίνη (BGA), μπορεί να λειτουργήσει ως "συμμορφωτές που συναρμολογούνται σε μια στοιχειομετρική 2D συν-κρυσταλλική φάση περοβσκίτη μέσω διαμοριακών αλληλεπιδράσεων αντί για ανταλλαγή ιόντων."

Οι ερευνητές προσδιόρισαν ότι το BGA παθητικοποίησε επιλεκτικά τόσο τα αλογονίδια όσο και τα κατιονικά κενά σε σύνθετες λεπτές μεμβράνες περοβσκίτη «σχηματίζοντας ισχυρές προσαγωγές Lewis και διαμοριακούς δεσμούς», ενεργώντας ως πολυλειτουργικός παράγοντας.

«Αυτές οι μεμβράνες 2D περοβσκίτη που βασίζονται σε BGA εμποδίζουν αποτελεσματικά τη μετανάστευση ιόντων και την εξάτμιση πτητικών κατιόντων MA+ υπό παρατεταμένο φωτισμό περιβάλλοντος», είπαν οι ερευνητές, προσθέτοντας ότι η σταθερή φάση 2D περοβσκίτη δεν άλλαξε την αρχική στοιχειομετρία 3D περοβσκίτη.

Ήταν επίσης καινοφανές η χρήση μη-πολικών, συμβατών με τη βιομηχανία-διαλυτών για την αποφυγή βλάβης στο στρώμα 3D, σύμφωνα με τον Yaghoobi Nia.

Μια επίδειξη των επεξεργασμένων μεμβρανών σε βελτιστοποιημένες ηλιακές κυψέλες περοβσκίτη οδήγησε σε διατήρηση απόδοσης άνω του 95% μετά από 5.000 ώρες εμποτισμού με φως 1-ηλίου και συνθήκες MPP. Κάτω από δοκιμές θερμικής καταπόνησης, η συσκευή στόχος είχε πάνω από 91% διατήρηση απόδοσης μετά από 5.000 ώρες στους 85 C και πάνω από 98% διατήρηση απόδοσης κάτω από 1.000 ώρες συνεχούς έκθεσης σε υπεριώδη ακτινοβολία και παρακολούθηση MPP σε ατμοσφαιρικές συνθήκες.

Οι ερευνητές κατασκεύασαν επίσης μονάδες με ενεργή επιφάνεια έως και 48 cm² που είχαν 18,5% απόδοση μετατροπής ισχύος και επίπεδα σταθερότητας πέρα ​​από τις εμπορικές απαιτήσεις IEC/ISOS. Μικρές-ηλιακές κυψέλες είχαν απόδοση 23,4%.

"Η μέθοδος συν-μηχανικής κρυστάλλων δείχνει μια σαφή βελτίωση τόσο στην απόδοση όσο και στη σταθερότητα σε σύγκριση με τα αποτελέσματα που είχαν δημοσιευτεί προηγουμένως", σημείωσαν οι ερευνητές. "Μαζί, αυτές οι εξελίξεις αντιμετωπίζουν άμεσα ένα από τα τελευταία σημαντικά εμπόδια στην εμπορευματοποίηση του περοβσκίτη: τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα της μονάδας υπό ρεαλιστικές συνθήκες λειτουργίας", δήλωσε ο Yaghoobi Nia.

Όσον αφορά τη δυνατότητα κατασκευής, η διαδικασία συν-μηχανικής κρυστάλλων σχεδιάστηκε για να είναι συμβατή με τις υπάρχουσες ροές εργασίας κατασκευής περοβσκίτη.

"Από τη σκοπιά της διαδικασίας είναι ένα μόνο πρόσθετο βήμα εναπόθεσης πάνω από ένα τυπικό στρώμα 3D περοβσκίτη", εξήγησε ο Yaghoobi Nia, προσθέτοντας ότι δεν απαιτεί σύνθετη σύνθεση, επεξεργασία υψηλής- θερμοκρασίας, βήματα κενού ή νέα εργαλεία-εντατικής κεφαλαίου. «Αυτό μειώνει το εμπόδιο για τη μεταφορά τεχνολογίας στις υπάρχουσες γραμμές παραγωγής φωτοβολταϊκών», σημείωσε.

Το στρώμα 2D συν-κρυστάλλου σχηματίζεται με εναπόθεση διαλύματος από μη-πολικό διαλύτη, ακολουθούμενη από ήπια θερμική ανόπτηση. "Σημαντικό είναι ότι η πολυπλοκότητα είναι χημική παρά τεχνολογική. Η καινοτομία έγκειται στο μοριακό σχεδιασμό και τη χημεία των επιφανειών, όχι στα πρόσθετα βήματα κατασκευής. Αυτό καθιστά την προσέγγιση εξαιρετικά ελκυστική για την κλίμακα-και τη βιομηχανική υιοθέτηση", τόνισε ο Yaghoobi Nia

Επικεφαλής της έρευνας ήταν μια ομάδα από την Iritaly Trading Company και την École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), στην οποία συμμετείχαν ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Ρώμης Tor Vergata, Institute of Structure of Matter, Argonne National Laboratory, Ιταλία{0}} Greatcell Solar.

Οι ερευνητές αξιολόγησαν την εργασία με το BGA ως μια "πρωτοποριακή ένωση για την πραγματοποίηση μοναδικών φάσεων περοβσκίτη χαμηλών κρυστάλλων-με χρήση μη-πολικών διαλυτών, που οδηγεί σε εξαιρετικά αποδοτικές και σταθερές συσκευές περοβσκίτη."

Αναλύεται στην ενότητα "Συν-κρυσταλλική μηχανική μιας δισδιάστατης φάσης περοβσκίτη για ηλιακά στοιχεία περοβσκίτη με βελτιωμένη απόδοση και σταθερότητα", που δημοσιεύτηκε στο Nature Energy.