Sumber: scitechdaily.com
Ilmuwan Rice University menggunakan bahan anorganik untuk membatasi cacat, mempertahankan efisiensi.
Ilmuwan Rice University percaya bahwa mereka telah mengatasi rintangan utama menjaga sel surya berbasis perovskit dari mencapai penggunaan utama.
Peneliti postdoktoral Rice University Jia Liang memegang sel surya perovskite yang dikembangkan dengan semua bahan anorganik. Mengontrol cacat dalam sel dengan menghilangkan komponen organik membuatnya lebih kuat sambil mempertahankan efisiensi konversi daya mereka. Kredit: Jeff Fitlow / Rice University
Melalui penggunaan strategis elemen indium untuk menggantikan beberapa timbal dalam perovskit, ilmuwan bahan Padi Jun Lou dan rekan-rekannya di Brown School of Engineering mengatakan mereka lebih mampu merekayasa kerusakan pada sel surya cesium-timbal-iodida yang mempengaruhi celah pita senyawa, properti penting dalam efisiensi sel surya.
Sebagai manfaat sampingan, sel laboratorium yang baru diformulasikan dapat dibuat di udara terbuka dan bertahan selama berbulan-bulan daripada berhari-hari dengan efisiensi konversi matahari sedikit di atas 12%.
Hasil tim Padi diterbitkan dalam Bahan Lanjutan kemarin, 4 November 2019.
Perovskit adalah kristal dengan kisi berbentuk kubus yang dikenal sebagai pemanen cahaya yang efisien, tetapi bahannya cenderung ditekankan oleh cahaya, kelembaban, dan panas.
Bukan Perovskit Padi, kata Lou.
"Dari sudut pandang kami, ini adalah sesuatu yang baru dan saya pikir itu merupakan terobosan penting," katanya. “Ini berbeda dari perovskit tradisional tradisional yang telah dibicarakan orang selama 10 tahun - hibrida anorganik-organik yang memberi Anda efisiensi tertinggi yang sejauh ini tercatat, sekitar 25%. Tetapi masalah dengan jenis material itu adalah ketidakstabilannya.
"Para insinyur sedang mengembangkan lapisan penutup dan hal-hal untuk melindungi bahan-bahan yang berharga dan sensitif dari lingkungan," kata Lou. “Tetapi sulit untuk membuat perbedaan dengan bahan yang secara intrinsik tidak stabil itu sendiri. Itu sebabnya kami berangkat untuk melakukan sesuatu yang berbeda. "
Gambar mikroskop elektron menunjukkan penampang sel surya perovskit all-anorganik yang dikembangkan di Rice University. Dari atas, lapisannya adalah elektroda karbon, perovskit, titanium oksida, oksida timah yang didoping fluorin, dan kaca. Bar skala sama dengan 500 nanometer. Kredit: Lou Group / Rice University
Peneliti postdoctoral Rice dan penulis utama, Jia Liang dan timnya membangun dan menguji sel surya perovskite cesium anorganik, timbal, dan iodida, sel yang cenderung gagal dengan cepat karena cacat. Tetapi dengan menambahkan bromin dan indium, para peneliti dapat memadamkan cacat pada bahan, meningkatkan efisiensi di atas 12% dan tegangan menjadi 1,20 volt.
Sebagai bonus, materi terbukti sangat stabil. Sel-sel dipersiapkan dalam kondisi sekitar, tahan terhadap kelembaban tinggi Houston, dan sel-sel yang terbungkus tetap stabil di udara selama lebih dari dua bulan, jauh lebih baik daripada beberapa hari sel-sel polos-timah-iodida biasa berlangsung.
Pandangan skematis menunjukkan sel surya perovskit all-anorganik yang dikembangkan oleh para ilmuwan bahan di Rice University. Kredit: Lou Group / Rice University
"Efisiensi tertinggi untuk bahan ini mungkin sekitar 20%, dan jika kita bisa sampai di sana, ini bisa menjadi produk komersial," kata Liang. “Ini memiliki keunggulan dibandingkan sel surya berbasis silikon karena sintesisnya sangat murah, berbasis solusi dan mudah ditingkatkan. Pada dasarnya, Anda hanya menyebarkannya di atas substrat, biarkan mengering, dan Anda memiliki sel surya Anda. ”
Referensi: “Sel Surya Perovskit Inorganik Cacat-Efisiensi Tinggi Yang Diaktifkan Efisiensi Tinggi” oleh Jia Liang, Xiao Han, Ji-Hui Yang, Boyu Zhang, Qiyi Fang, Jing Zhang, Qing Ai, Meredith M. Ogle, Tanguy Terlier, Angel A. Martí dan Jun Lou, 4 November 2019, Materi Lanjutan .
DOI: 10.1002 / adma.201903448
Rekan penulis makalah ini adalah Xiao Han dari Universitas Politeknik Northwestern, Cina; Ji-Hui Yang dari Universitas Fudan, Shanghai; dan mahasiswa pascasarjana Rice Boyu Zhang, Qiyi Fang, Meredith Ogle, peneliti postdoctoral Jing Zhang, pengunjung akademis Qing Ai, spesialis penelitian Tanguy Terlier dan Angel Martí, seorang profesor kimia bidang kimia, bioengineering dan ilmu material dan nanoengineering. Lou adalah seorang profesor ilmu material dan rekayasa nano, dan kimia.
Beasiswa Postdoctoral Peter M. dan Ruth L. Nicholas dalam Nanoteknologi, Welch Foundation, China Scholarship Council, dan National Science Foundation mendukung penelitian ini.