استراتژی برای بهبود کارایی و طول عمر حامل سلول های خورشیدی پروسکایتی تمام معدنی

4 آوریل 2023 -توسط Ingrid Fadelli-تصویر شماتیک از هتروجانکشن های درجه بندی شده از طریق SISR، که در آن CsF در ایزوپروپانول (IPA) حل می شود. اعتبار: چو و همکاران،

پروسکایت‌های غیرآلی اخیراً برای توسعه فتوولتائیک‌ها (PVs) بسیار امیدوارکننده هستند، زیرا به طور بالقوه می‌توانند پایداری حرارتی بهتری نسبت به سلول‌های خورشیدی پروسکایت هیبریدی بر اساس مواد آلی و معدنی داشته باشند. علیرغم مزایای احتمالی، اکثر سلول های خورشیدی که کاملاً بر پایه پروسکایت های معدنی ساخته شده اند، بازده انرژی ضعیف و طول عمر کوتاهی را نشان می دهند.

این عملکردهای ناامید کننده بیشتر به دلیل از دست دادن انرژی ناشی از نوترکیبی غیر تشعشعی است، فرآیندی که از طریق آن حامل های بار به جای فوتون ها فونون ها را دوباره ترکیب و آزاد می کنند. تلفات انرژی و کاهش راندمان ناشی از این فرآیند تاکنون مانع اجرای واقعی سلول‌های خورشیدی پروسکایتی غیرآلی شده است.

محققان آکادمی علوم چین اخیراً راهبردی ابداع کرده‌اند که می‌تواند به بهبود کارایی و افزایش طول عمر حامل مرتبط با سلول‌های خورشیدی تمام معدنی پروسکایت کمک کند. این استراتژی که در Nature Energy معرفی شده است، مبتنی بر رویکردی است که به عنوان بازسازی سطح در محل (SISR) شناخته می‌شود، که مستلزم پردازش مواد با مواد شیمیایی خاص برای تشکیل لایه‌های جدید بر روی سطح آنها است.

Xinbo Chu، Qiufeng Ye و همکارانشان در مقاله خود نوشتند: “ما استراتژی SISR را برای پروسکایت معدنی با درمان CsF ایجاد کردیم، که می تواند نوترکیب غیر تشعشعی را سرکوب کند و استخراج سوراخ را به طور همزمان ارتقا دهد.” عیوب سطحی را می توان به طور موثری توسط فلوئور معرفی شده غیرفعال کرد و طول عمر حامل از 11.5 اینچ به 737.2 ثانیه افزایش یافت.

استراتژی SISR که توسط محققان معرفی شده است مستلزم تصفیه یک پروسکایت معدنی با فلوراید سزیم (CsF) است، یک ماده شیمیایی که می‌تواند فرآیند نوترکیبی غیر تشعشعی را سرکوب کند و در عین حال استخراج سوراخ‌ها را نیز ارتقا دهد. در مطالعه خود، آنها به طور خاص این روش را برای CsPbIxBr3-x، یک پروسکایت معدنی که اغلب برای ایجاد جاذب برای PV ها استفاده می شود، اعمال کردند.

چو، یه و همکارانشان سپس مجموعه‌ای از آزمایش‌ها را با هدف ارزیابی عملکرد یک سلول خورشیدی پروسکایتی تمام معدنی بر اساس CsPbIxBr3-x انجام دادند که به دنبال استراتژی آنها تکمیل شد. یافته‌های آن‌ها بسیار امیدوارکننده بود و نشان می‌دهد که استراتژی پیشنهادی آنها با موفقیت کارایی سلول خورشیدی را بهبود بخشیده و همچنین طول عمر حامل آن را افزایش داده است.

چو، یه و همکارانشان در مقاله خود نوشتند: مکانیسم واکنش SISR هم از محاسبات و هم از آزمایشات جنبشی تأیید شد. یک سلول خورشیدی CsPbIxBr3−x با SISR با ولتاژ مدار باز بالا 1.27 اینچ و ضریب پر شدن 85.3 درصد بازده 21.02 درصد را به دست آورد.

کار اخیر این تیم از محققان می تواند پیامدهای ارزشمندی برای توسعه PVهای پروسکایتی تمام معدنی پایدار، کارآمد و قابل اعتماد داشته باشد. علاوه بر اطلاع رسانی در مورد توسعه سلول های خورشیدی جدید، به زودی می تواند مطالعات جدیدی را در مورد ارزیابی پتانسیل سایر استراتژی های SISR برای محدود کردن تلفات نوترکیبی غیر تشعشعی در پروسکایت های معدنی اطلاع دهد.

در حالی که چو، یه و همکارانشان تاکنون فقط استراتژی خود را بر روی CsPbIxBr3-x آزمایش کرده‌اند، آنها معتقدند که می‌تواند برای سایر پروسکایت‌های معدنی نیز اعمال شود. بنابراین، در آینده می‌توان آن را بر روی سایر نمونه‌های مواد و سلول‌های خورشیدی آزمایش کرد تا تعمیم‌پذیری آن تأیید شود.