Thông qua nghiên cứu chung với Đại học Oxford, Viện Khoa học phân tử và RIKEN, một nhóm nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Hóa học tại Đại học Kyoto đã phát triển một phương pháp kiểm soát cấu trúc giao diện của perovskite dựa trên Sn-Pb (thiếc-chì). chất bán dẫn có chứa thiếc. Bằng cách sử dụng chất này trong tế bào dưới cùng (bộ phận phát điện lớp thấp hơn), chúng tôi đã đạt được hiệu suất cao hơn trong pin mặt trời hoàn toàn perovskite song song (đa tiếp nối). Nó được công bố vào ngày 24 tháng 12.
Kiểm soát cấu trúc yên tĩnh của giao diện lớp perovskite bằng cách sử dụng phenylalanine và phát triển pin mặt trời song biểu diễn cao
(Nguồn: Đại học Kyoto)
Chất bán dẫn perovskite Sn-Pb, sử dụng tỷ lệ thiếc và chì 1:1, có dải tần hẹp 1,25 eV và có thể chuyển đổi quang điện ánh sáng ở vùng cận hồng ngoại vượt quá 1050 nm, khiến nó trở thành tế bào đáy của hệ thống năng lượng mặt trời song song perovskite tế bào. Nó được coi là đầy hứa hẹn. Tuy nhiên, pin mặt trời chứa thiếc dễ bị oxy hóa từ Sn(II) thành Sn(IV), gây khó khăn cho việc kiểm soát động lực kết tinh.
Hình ảnh cắt ngang của bài hát perovskite pin mặt trời
(nguồn: Đại học Kyoto)
Cho đến nay, nghiên cứu về việc ngăn chặn quá trình oxy hóa Sn(II) bằng các chất phụ gia và cải thiện tính chất của nó thông qua việc biến đổi bề mặt đã được thực hiện. Nghiên cứu về ảnh hưởng đến các tính trạng còn hạn chế. Để đáp lại, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Kyoto đã đề xuất một “chiến lược dieball” nhằm tối đa hóa điện áp mạch hở bằng cách sửa đổi cấu trúc các giao diện trên và dưới của màng mỏng bán dẫn perovskite để tạo ra các dieball (lưỡng cực) có lợi cho việc trích xuất điện. đã làm được nó.
Lần này, chúng tôi đã phát triển phương pháp sản xuất màng bán dẫn perovskite Sn-Pb chất lượng cao bằng cách sử dụng các phân tử chứa nhóm amoni và axit cacboxylic làm chất phụ gia độc đáo trong dung dịch tiền chất bán dẫn perovskite Sn-Pb. Trong số các ion cấu thành của chất bán dẫn perovskite, Sn(II) đặc biệt kiểm soát sự tương tác với tiền chất và chất phụ gia, các nhóm axit cacboxylic kiểm soát tính chất keo của dung dịch và sự kết tinh của màng, và các nhóm amoni kiểm soát quá trình chuyển đổi quang điện của màng. thấy rằng các đặc điểm đã được cải thiện.
Đặc biệt, phenylalanine, một vật liệu kết hợp hai nhóm chức trong phân tử của nó, đã cải thiện chất lượng bán dẫn và tính đồng nhất của màng mỏng perovskite, vượt xa tác dụng đưa từng nhóm chức vào các phân tử riêng biệt. Các thiết bị một mối nối, hai mối nối và ba mối nối sử dụng phenylalanine này làm chất phụ gia có hiệu suất chuyển đổi quang điện lần lượt là 23,9%, 29,7% (được Viện nghiên cứu công nghệ thông tin hệ thống vi mô Thượng Hải chứng nhận là 29,26%) và pin mặt trời là 28,7%. . đã được tạo. Điện áp mạch hở tối đa tương ứng đạt 0,91V, 2,22V và 3,46V.
Ngoài ra, chúng tôi đã đạt được hiệu suất chuyển đổi quang điện là 28,4% đối với các thiết bị 2 tiếp giáp và 3 tiếp giáp cỡ 1cm2 thực tế hơn (27,28% đã được Viện Khoa học và Công nghệ Công nghiệp Tiên tiến Quốc gia chứng nhận cho pin 3 tiếp giáp cỡ 1cm2 ). Hơn nữa, kết quả mô phỏng quang học cho thấy rằng bằng cách tối ưu hóa hơn nữa độ dày màng của từng tế bào bằng vật liệu hiện tại, có thể cải thiện hiệu suất thêm 34,4% đối với tế bào 3 điểm nối.
Về độ bền, người ta đã xác nhận rằng tế bào ba điểm nối kín duy trì được 80% hiệu suất ban đầu ngay cả sau 860 giờ chiếu xạ ánh sáng trong khí quyển. Hơn nữa, họ đã thành công trong việc chế tạo một thiết bị song song toàn perovskite bốn điểm nối, đạt được điện áp mạch hở 4,94V và hiệu suất chuyển đổi quang điện là 27,9%. Đây là báo cáo đầu tiên chứng minh rằng có thể chế tạo pin mặt trời song song hoàn toàn bằng perovskite với bốn điểm nối trở lên.
Các kết quả của nghiên cứu này đóng vai trò là chuẩn mực cho pin mặt trời đa chức năng hoàn toàn perovskite và cung cấp một lộ trình rõ ràng cho các tế bào song song 3 điểm nối và 4 điểm nối. Trong tương lai, chúng tôi dự định chuyển giao công nghệ này cho Enecourt Technologies (Kumiyama-cho, tỉnh Kyoto), một công ty liên doanh có nguồn gốc từ Đại học Kyoto và tiến hành nghiên cứu và phát triển hướng tới ứng dụng thực tế của pin mặt trời perovskite hiệu suất cao.
