Souhrn
Výzkumníci vyvinuli metodu regulace vložení halogenidů v širokopásmových (WBG) perovskitech pomocí o-fenylendiaminu (OPD), který vytváří π-konjugovanou molekulární stěnu na hranicích zrn. Tato struktura umožňuje synchronní integraci [PbBr6]4- a [PbI6]4- octaeder, což řeší problém asynchronního vložení vedoucího k náhodným krystalovým orientacím. Výsledkem je perovskitový solární článek (PSC) s pásmovou mezerou 1,69 eV, efektivitou převodu výkonu 24,13 % (certifikováno 23,43 %) a vyšší operační stabilitou.
Klíčové body
- Asynchronní vložení halogenidů způsobuje náhodné krystalové fasety a orientace, což omezuje extrakci nosičů.
- OPD vytváří molekulární stěnu, která templuje krystalizaci přes ortho-diaminové skupiny.
- Perovskitový film vykazuje preferovanou (100) fasety a vertikální orientaci.
- Efektivita 24,13 % patří mezi nejvyšší u WBG PSC.
- Zlepšená kvalita krystalů zajišťuje vyšší stabilitu během provozu.
Podrobnosti
Širokopásmové perovskitové solární články (WBG PSC) s pásmovou mezerou kolem 1,7 eV jsou klíčové pro tandemové konfigurace, kde se kombinují s úzkopásmovými materiály jako silikon pro překročení limitu Shockleyho-Queissera. Problémem smíšených halogenidových perovskitů (jodid-bromid) je však asynchronní vložení halogenidových iontů během krystalizace, což vede k defektům na hranicích zrn, náhodným orientacím krystalů a horší extrakci nosičů náboje. Výzkum, vedený výpočty hustoty funkcionálu (DFT), ukazuje, že OPD – molekula s dvěma amino skupinami v ortho poloze – se váže na olovnaté octaedry a vytváří templovanou strukturu.
Tato π-konjugovaná molekulární stěna na hranicích zrn indukuje synchronní růst [PbBr6]4- a [PbI6]4-, což vede k preferované (100) krystalové fasety a vysoce vertikální orientaci filmů. Rentgenová difrakce potvrdila lepší texturování, zatímco SEM a TEM ukázaly hladší povrch a méně defektů. Elektrochemická impedance spektra (EIS) a fotoproudová-fotnapěťová charakteristika prokázala sníženou rekombinaci a lepší transport nosičů. V tandemových aplikacích to znamená vyšší proudovou shodu a celkovou efektivitu.
Srovnání s referencemi: Stejně jako nedávný článek v Science o nuclei engineeringu pro rovnoměrné rozložení halogenidů v perovskit/silikon tandemech (efektivita kolem 30 %), tento přístup cílí na WBG vrstvu. Další práce v Nature o perovskit-organických tandemech s indium oxidem jako spojkou dosáhly podobných hodnot, ale bez takového důrazu na stabilitu. Data jsou dostupná v Supplementary Information, včetně zdrojových dat.
Proč je to důležité
Tento pokrok posiluje postavení perovskitových technologií v tandemech, kde WBG vrstvy musí dosáhnout efektivity nad 25 % pro komerční úspěch. Zlepšená stabilita proti degradaci halogenidů řeší dlouhodobý problém perovskitů, což je klíčové pro průmyslové nasazení. V kontextu současného trhu s efektivitami silikonových buněk kolem 27 % umožňuje to tandemy přes 30 %, snižuje náklady na výrobu energie a urychluje přechod k obnovitelným zdrojům. Nicméně, výzvy jako škálovatelnost a toxické olovo zůstávají, což vyžaduje další výzkum.
Zdroj: 📰 Nature.com
| 