Tým ukazuje velký příslib anorganických perovskitových solárních článků na zlepšení účinnosti solárních článků

Organický a anorganický hybridní perovskit již prokázal vysokou účinnost ve fotovoltaických článcích více než 25%. V této oblasti převládá moudrost, že organické molekuly (obsahující uhlík a vodík) v materiálu jsou nezbytné pro dosažení tohoto úžasného výkonu, protože se věří, že zabraňují dekompozici nosné rekombinace.

Nový výzkum na University of California, Santa Barbara Materiály Oddělení ukázalo nejen to, že tento předpoklad je nesprávný, ale také to, že všechny anorganické materiály mají potenciál překonat hybridní výkon. perovskit. Výsledky byly publikovány v článku s názvem „Celoanorganické halogenidové perovskity jako kandidáti účinných solárních článků“, který se objevil na titulní straně časopisu z 20. října. Buněčné zprávy Fyzikální vědy.

„Abychom porovnali materiály, provedli jsme komplexní simulace rekombinačních mechanismů,“ vysvětlila Xie Zhang, hlavní vyšetřovatel studie. „Když na materiál solárních článků svítí světlo, generují foto-generátory proud; rekombinace při defektech zničí některé z těchto nosičů a tím sníží účinnost. Defekty tedy působí jako zabiják účinnosti.“

Pro srovnání anorganického a hybridního perovskitu vědci studovali dva primární modelové materiály. Obě látky obsahují atomy olova a jódu, ale v jedné látce Krystalická struktura Je doplněn anorganickým prvkem cesiem, zatímco v druhém je přítomna organická molekula methylamonium.

Experimentální třídění těchto procesů je velmi náročné, ale nejnovější kvantově mechanické výpočty dokážou přesně předpovědět míru rekombinace, a to díky nové metodice vyvinuté profesorem UCSB Materials Group profesorem Chrisem Van de Waalem, který Markovi připisuje zásluhy. Turiansky, postgraduální student ve skupině, pomáhá psát kód pro výpočet rychlostí rekombinace.

„Naše metody jsou velmi účinné pro identifikaci defektů, které způsobují ztrátu nosiče,“ řekl Turiansky. „Je vzrušující sledovat přístup aplikovaný na jeden z kritických problémů naší doby, efektivní výrobu obnovitelné energie.“

Spuštění simulací ukázalo, že společné defekty v obou materiálech mají za následek srovnatelné (a relativně benigní) úrovně rekombinace. Organická molekula se však může disociovat v hybridním perovskitu; Když dojde ke ztrátě atomů vodíku, výsledná „volná místa“ výrazně snižují účinnost. Přítomnost molekuly je tedy škodlivá pro celkovou účinnost materiálu, nikoli pro aktivum.

Proč to tedy není pozorováno experimentálně? Je to dáno především obtížností pěstování vysoce kvalitních vrstev zcela anorganických materiálů. Mají tendenci přijímat jiné krystalické struktury a zlepšit tvorbu požadované struktury vyžaduje větší experimentální úsilí. Nedávný výzkum však ukázal, že dosažení preferované struktury je určitě možné. Obtíž však vysvětluje, proč se anorganickému perovskitu doposud nevěnovala tolik pozornosti.

„Doufáme, že naše zjištění o očekávané účinnosti podnítí další aktivity zaměřené na výrobu anorganického perovskitu,“ uzavřel Van de Waale.