Một chiến lược để ổn định các cấu trúc heteroStures 3D/2D perovskite cho pin mặt trời

Một chiến lược để ổn định các cấu trúc heteroStures 3D/2D perovskite cho pin mặt trời

    Một chiến lược để ổn định các cấu trúc heteroStures 3D/2D perovskite cho pin mặt trời

    A strategy to stabilize 3D/2D perovskite heterostructures for solar cells

    Sơ đồ cấu trúc thiết bị, sự lắng đọng của lớp perovskite 2D và cấu trúc phân tử và quá trình tổng hợp của POSS, EDMA và CLP. Ảnh: Luo et al


    Tế bào mặt trời lai perovskite (PSC) được làm từ vật liệu hữu cơ và vô cơ là các giải pháp năng lượng có triển vọng cao có thể giúp giảm lượng khí thải carbon trên toàn thế giới. Trong những năm gần đây, hiệu quả chuyển đổi công suất (PCE) của các tế bào này đã được cải thiện đáng kể, cuối cùng vượt quá 25%.

    Một cột mốc quan trọng trong việc chế tạo các PSC hiệu quả là việc sử dụng các cấu trúc dị thể 3D perovskite biến đổi 2D và gần như 2D (tức là, các cấu trúc bao gồm các vật liệu perovskite 3D và 2D). Các cấu trúc này có một số phẩm chất thuận lợi, ví dụ, chúng cho phép sự thụ động của các khuyết tật và sự liên kết dải thuận lợi, từ đó cải thiện điện áp thay đổi mở và hệ số lấp đầy của các tế bào.

    Các cấu trúc dị thể 3D/2D thường được tạo ra bằng cách quay lớp dung dịch muối cation hữu cơ trên đỉnh vật liệu perovskite 3D và tạo thành một lớp perovskite 2D mỏng trên bề mặt của nó. Tuy nhiên, quá trình này có thể tạo điều kiện cho sự xuống cấp tiếp theo của các cấu trúc dị thể trong một số điều kiện, do sự khuếch tán của các ion giữa bề mặt perovskite 2D và perovskite 3D 3D bên dưới.

    Các nhà nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Huazhong, Đại học Công nghệ Vũ Hán và Đại học Toronto gần đây đã đưa ra một cách tiếp cận mới để chế tạo các cấu trúc dị vòng 3D/2D ổn định hơn, ngăn chặn sự xuống cấp của họ. Cách tiếp cận của họ, được giới thiệu trong một bài báo được xuất bản trong Nature Energy, đòi hỏi phải giới thiệu một lớp bổ sung giữa các cấu trúc; Các lớp perovskite 3D và 2D.

    "Sự khuếch tán ion giữa bề mặt 2D và perovskites 3D của bề mặt dẫn đến sự xuống cấp của các cấu trúc heteroSkite 3D/2D perovskite và hạn chế sự ổn định lâu dài của PSC," Long Luo, HAIPENG ZENG và đồng nghiệp của họ đã viết trong bài báo của họ. "Chúng tôi kết hợp một polymer liên kết chéo (CLP) trên đỉnh của lớp perovskite 3D và sau đó gửi lớp perovskite 2D thông qua quá trình hai bước hỗ trợ hơi để tạo thành cấu trúc heterostrure 3D/CLP/2D."

    Về cơ bản, Luo, Zeng và các đồng nghiệp của họ đã đề xuất giới thiệu một tầng lớp giữa các perovskites 3D và perovskites bề mặt 2D trong các cấu trúc dị thể 3D/2D. Các lớp xen kẽ này được làm từ một polymer liên kết chéo (CLP) có thể ức chế khuếch tán ion mà không ảnh hưởng đến sự vận chuyển điện tích giữa các lớp perovskite 3D và 2D.

    "Phổ phát quang và phân tích nguyên tố có độ dày chỉ ra rằng CLP ổn định cấu trúc dị thể bằng cách ức chế sự khuếch tán của các cation (formamidinium, FA+và 4-fluorophenylethylammonium, 4F-PEA) giấy.

    Để kiểm tra tính hiệu quả của thiết kế cấu trúc dị thể 3D/2D được cập nhật của họ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng nó để tạo ra một loạt các pin mặt trời khu vực nhỏ, cũng như các mô-đun năng lượng mặt trời mini. Các tế bào và mô-đun này đạt được kết quả đáng chú ý, vì chúng có vẻ ổn định hơn đáng kể so với các tế bào và mô-đun dựa trên perovskite với các thiết kế cấu trúc dị thể 3D/2D thông thường.

    "Đối với các thiết bị dựa trên các điện cực carbon, chúng tôi báo cáo các thiết bị khu vực nhỏ với hiệu quả 21,2% và các mô-đun mini với hiệu quả 19,6%", Luo và các đồng nghiệp của ông viết trong bài báo của họ. "Các thiết bị giữ lại 90% hiệu suất ban đầu sau hoạt động 4.390 giờ theo theo dõi điểm năng lượng tối đa và chiếu sáng một lần ở nhiệt độ cao."

    Trong tương lai, thiết kế mới do Luo và các đồng nghiệp của ông giới thiệu có thể giúp ổn định pin mặt trời dựa trên các cấu trúc dị thể perovskite 3D/2D, mà không ảnh hưởng đến hiệu quả của chúng. Ngoài ra, nghiên cứu của họ có thể truyền cảm hứng cho các nhóm khác để đưa ra các cách tiếp cận tương tự giới thiệu một lớp giữa các lớp perovskite 3D và 2D để ngăn chặn sự xuống cấp do khuếch tán ion.

    Zalo
    Hotline