Strategi untuk meningkatkan efisiensi dan stabilitas jangka panjang sel surya perovskit
Semiconductor

Strategi untuk meningkatkan efisiensi dan stabilitas jangka panjang sel surya perovskit


Film 2D, film 3D, film 2D / 3D bertumpuk, dan film 2D / 3D yang diproses SIG dengan latar belakang sel surya perovskit yang telah selesai. Film BA2PbI4 2D perovskit transparan berwarna kuning (kiri atas), film perovskit 3D gelap (kiri bawah), film 2D / 3D bertumpuk (tengah), film 2D / 3D yang diproses SIG (kanan). Persimpangan 2D / 3D utuh yang diproses SIG dapat diperoleh dengan menerapkan panas dan tekanan ke dalam film 2D / 3D yang ditumpuk. Film 2D ditumbuhkan dalam arah bidang di atas film 3D selama proses SIG. Kredit: Jang et al.

Selama beberapa tahun terakhir, para peneliti telah mencoba mengembangkan desain baru untuk sel surya perovskit yang dapat meningkatkan kinerja, efisiensi, dan stabilitasnya seiring waktu. Salah satu cara yang mungkin untuk mencapai hal ini adalah dengan menggabungkan perovskit halida 2-D dan 3-D untuk memanfaatkan sifat menguntungkan dari dua jenis perovskit yang berbeda ini.

Struktur kristal dua dimensi perovskit halida 2-D sangat tahan terhadap kelembapan; dengan demikian, ini dapat membantu meningkatkan kinerja dan daya tahan sel surya dengan lapisan perovskit halida 3-D yang menyerap cahaya. Namun, sebagian besar strategi untuk menggabungkan perovskit halida 2-D dan 3-D yang diusulkan sejauh ini hanya memerlukan pencampuran kedua bahan ini bersama-sama (misalnya, mencampurkan prekursor 2-D dengan perovskit berbasis solusi 3-D atau mereaksikan prekursor 2-D solusi di atas lapisan perovskit 3-D).

Para peneliti di Universitas Nasional Seoul dan Universitas Korea baru-baru ini menemukan pendekatan alternatif untuk membuat sel surya yang menggabungkan perovskit halida 2-D dan 3-D. Pendekatan ini, diuraikan dalam makalah yang diterbitkan di Energi Alam, dapat membantu meningkatkan efisiensi dan stabilitas jangka panjang sel-sel ini secara bersamaan.

Meskipun pencampuran film perovskit yang berbeda memiliki beberapa efek positif pada efisiensi dan stabilitas kelembaban, pembentukan 2-D melalui proses larutan dengan reaksi kimia dari prekursor 2-D dengan 3-D halida memiliki keterbatasan, seperti kerentanan terhadap panas. dan kesulitan dalam mengimplementasikan junction untuk desain medan listrik internal pada perangkat karena pembentukan fase kuasi-2-D yang tidak diinginkan, “kata Prof. Jun Hong Noh, salah satu peneliti yang melakukan studi tersebut, kepada TechXplore. “Kami telah mencoba menyelesaikan masalah ini.”

Untuk mengatasi keterbatasan strategi yang diusulkan sebelumnya untuk membuat sel surya berbasis perovskit 2-D / 3-D halida, Prof Noh dan rekan-rekannya mencoba membuat persimpangan yang sesuai antara lapisan penyerap cahaya sel surya (dengan celah pita sempit) dan lapisan 2-D fungsional (dengan celah pita lebar). Lapisan fungsional ini ditemukan di banyak struktur sel surya efisiensi tinggi yang ada, termasuk galium arsenida (GaAs) dan heterojungsi dengan sel surya silikon lapisan tipis intrinsik (HIT).

Sel surya GaAs dan HIT menggunakan semikonduktor III-V (AlGaAs) dan silikon amorf (a-Si), masing-masing, sebagai lapisan fungsional dengan celah pita lebar, untuk membentuk medan listrik internal yang tepat. Dalam sel surya ini, lapisan fungsional dan lapisan penyerap cahaya biasanya homogen. Untuk merancang sel surya mereka, Prof Noh dan rekan-rekannya memastikan bahwa mereka menggunakan perovskit halida 2-D dengan celah pita lebar yang homogen dengan perovskit halida 3-D yang mereka pilih.

“Untuk membentuk simpang 2-D / 3-D yang utuh, kami sampai pada kesimpulan bahwa proses penyelesaian harus dikeluarkan saat membentuk simpang tersebut,” kata Prof. Noh. “Begitulah proses pertumbuhan bidang-bidang (SIG) fase padat lahir. Dalam proses SIG, film 3-D dan film 2-D disiapkan secara terpisah, film 2-D ditumpuk di atas Film 3-D sehingga keduanya saling berhadapan, lalu panas dan tekanan diterapkan untuk mendorong film 2-D tumbuh di lapisan 3-D. “

Dengan menggunakan strategi desain yang unik ini, para peneliti mampu menumbuhkan film 2-D yang sangat kristal di atas film perovskit halida 3-D tanpa merusaknya dan tanpa menggunakan pelarut. Hal ini menghasilkan pembentukan persimpangan 2-D / 3-D yang utuh.

Prof Noh dan rekan-rekannya menemukan bahwa pendekatan mereka tidak mengarah pada pembentukan film kuasi-2-D yang tidak disengaja, yang kadang-kadang dapat terjadi ketika film perovskit halida 2-D dan 3-D dicampur bersama. Struktur yang dihasilkan stabil secara termal, sementara juga memungkinkan para peneliti untuk dengan mudah mengontrol ketebalan film 2-D dan memanipulasi medan listrik internal persimpangan 2-D / 3-D.

“Pendekatan kami secara bersamaan dapat meningkatkan efisiensi dan stabilitas jangka panjang sel surya perovskit,” kata Prof. Noh. “Selain itu, kami mempresentasikan metode untuk membuat persimpangan utuh (halida / halida) antara halida homogen, daripada persimpangan antara bahan heterogen (yaitu, halida / oksida atau halida / organik), yang merupakan struktur perangkat konvensional selama ini di sel surya perovskite. “

Strategi desain yang diperkenalkan oleh Prof. Noh dan rekan-rekannya dapat segera digunakan untuk membuat sel surya perovskit persimpangan halida 2-D / 3-D yang memiliki efisiensi tinggi dan stabilitas termal tinggi. Di masa depan, pekerjaan mereka juga dapat menginspirasi tim peneliti lain untuk menggunakan strategi yang sama atau merancang pendekatan serupa untuk meningkatkan kinerja sel surya berbasis perovskit.

“Dalam studi terbaru ini, kami menggunakan butylammonium lead iodide (BA2PbI4), struktur paling sederhana di antara perovskit halida 2-D,” kata Prof. Noh. “Namun, penelitian yang mengeksplorasi aplikasi perovskit 2-D baru sedang dilakukan untuk desain persimpangan 2-D / 3-D yang lebih baik. Melalui ini, kami berharap dapat menerapkan sel surya perovskit berefisiensi tinggi, seperti GaAs. ”


Inovasi kimia menstabilkan formulasi perovskit dengan kinerja terbaik


Informasi lebih lanjut:
Sel surya perovskite persimpangan halida 2D / 3D utuh melalui pertumbuhan bidang-bidang padat. Energi Alam(2021). DOI: 10.1038 / s41560-020-00749-7.

© 2021 Science X Network

Kutipan: Strategi untuk meningkatkan efisiensi dan stabilitas jangka panjang sel surya perovskite (2021, 19 Januari) diambil pada 24 Januari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-01-strategy-efficiency-long-term-stability -perovskite.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : http://54.248.59.145/