Echipa demonstrează o mare promisiune cu celulele solare anorganice perovskite pentru a îmbunătăți eficiența celulelor solare

Perovskitul hibrid organic și anorganic a demonstrat deja o eficiență ridicată în celulele fotovoltaice de peste 25%. Înțelepciunea predominantă în domeniu este că moleculele organice (care conțin carbon și hidrogen) din material sunt esențiale pentru a obține această performanță uimitoare, deoarece se crede că previn recombinarea purtătorului asistat de defecte.

Noi cercetări la Universitatea din California, Santa Barbara Materiale Departamentul a arătat nu numai că această presupunere este incorectă, ci și că toate materialele anorganice au potențialul de a depăși performanțele hibride. perovskit. Rezultatele au fost publicate într-un articol intitulat „Perovskite cu halogenuri toate anorganice ca candidați la celule solare eficiente”, care a apărut pe coperta numărului din 20 octombrie al revistei. Rapoarte celulare Științe fizice.

„Pentru a compara materialele, am efectuat simulări cuprinzătoare ale mecanismelor de recombinare”, a explicat Xie Zhang, cercetătorul principal al studiului. „Când lumina este strălucită asupra materialului celulelor solare, purtătorii foto-generați generează curent; recombinarea la defecte distruge unii dintre acești purtători și, astfel, reduce eficiența. Astfel, defectele acționează ca un instrument de eliminare a eficienței.”

Pentru a compara perovskitul anorganic și hibrid, cercetătorii au studiat două materiale primare model. Ambele substanțe conțin atomi de plumb și iod, dar într-o singură substanță structură cristalină Este completat de elementul anorganic cesiu, în timp ce în celălalt, este prezentă molecula organică metilamoniu.

Sortarea experimentală a acestor procese este foarte dificilă, dar cele mai recente calcule mecanice cuantice pot prezice cu precizie ratele de recombinare, datorită noii metodologii dezvoltate de profesorul Chris Van de Waal al Grupului de materiale UCSB, care îl acordă pe Mark. Turiansky, un student absolvent al grupului, ajută la scrierea codului pentru calcularea ratelor de recombinare.

„Metodele noastre sunt foarte puternice pentru identificarea defectelor care cauzează pierderea transportatorului”, a spus Turiansky. „Este incitant sa vedem abordarea aplicata uneia dintre problemele critice ale timpului nostru, generarea eficienta de energie regenerabila.”

Simulările de rulare au arătat că defectele comune ale ambelor materiale duc la niveluri de recombinare comparabile (și relativ benigne). Cu toate acestea, molecula organică se poate disocia în perovskitul hibrid; Atunci când apare pierderea atomilor de hidrogen, „posturile vacante” rezultate reduc sever eficiența. Astfel, prezența moleculei este dăunătoare pentru eficiența generală a materialului, nu un atu.

De ce, atunci, acest lucru nu este observat experimental? Acest lucru se datorează în principal dificultății de creștere a straturilor de înaltă calitate din materiale complet anorganice. Au tendința de a adopta alte structuri cristaline și de a spori formarea structurii dorite necesită un efort experimental mai mare. Cercetările recente au arătat, totuși, că realizarea structurii preferate este cu siguranță posibilă. Cu toate acestea, dificultatea explică de ce perovskitul anorganic nu a primit aceeași atenție până acum.

„Sperăm că descoperirile noastre cu privire la eficiența așteptată vor stimula activități suplimentare destinate producției de perovskit anorganic”, a concluzionat Van de Waale.