Pin mặt trời perovskite với hiệu suất 22,7% và độ bền cao, Đại học Kyoto, v.v.
Tổng quan về các phương pháp thụ động hóa bề mặt perovskite tổng hợp
(1) Chuyển proton từ FA+ hoặc MA+ (formamidinium hoặc methylammonium) sang PP, (2) CPTA liên kết với Sn2+, (3) PP2+ xuyên qua các giao diện hạt perovskite, (4) Chuyển proton từ amoni sang PP, (5) CPTA tại hạt giao diện liên kết với Sn2+, 6) CPTA và PP2+ liền kề nhau thông qua liên kết hydro để biến đổi (thụ động hóa) bề mặt perovskite (nguồn: Đại học Kyoto)
Một nhóm nghiên cứu chung bao gồm Đại học Kyoto, Viện Khoa học Phân tử, RIKEN và Đại học Oxford đã phát triển một phương pháp (phương pháp thụ động hóa) để biến đổi hiệu quả bề mặt của màng mỏng perovskite hỗn hợp thiếc-chì. Pin mặt trời perovskite chứa thiếc đã đạt hiệu suất chuyển đổi quang điện là 22,7% và độ bền cao. Nó được xuất bản trực tuyến trên tạp chí học thuật quốc tế "Advanced Materials" vào ngày 8 tháng 12 năm 2022.
Công nghệ sửa đổi cấu trúc (thụ động hóa) cho bề mặt của lớp perovskite đang được tích cực phát triển nhằm cải thiện hơn nữa hiệu suất của pin mặt trời perovskite, chẳng hạn như cải thiện hiệu suất chuyển đổi quang điện và độ bền. Đặc biệt, chất bán dẫn perovskite hỗn hợp thiếc-chì có độ rộng vùng cấm hẹp (~1,2 eV), có khả năng chuyển đổi quang điện trong vùng bước sóng dài cho đến vùng hồng ngoại gần (~1050 nm) và được cho là có hiệu suất cực cao. hiệu quả.
Cho đến nay, nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp độc đáo sử dụng ethylenediammonium diiodine (EDAI2) và glycine hydrochloride (GlyHCl) làm phương pháp sửa đổi cấu trúc bề mặt trên và dưới của màng mỏng bán dẫn perovskite hỗn hợp thiếc-chì và đã đạt được kỷ lục thế giới tại thời gian đó báo cáo hiệu suất chuyển đổi quang điện là 23,6%. Tuy nhiên, các chi tiết về cấu trúc và hiệu ứng điện tử của cơ chế cho phép sửa đổi cấu trúc của bề mặt perovskite vẫn chưa được làm rõ.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã phát triển một phương pháp xử lý bề mặt mới bằng cách sử dụng các dẫn xuất axit cacboxylic của diamine và fullerene, đồng thời làm rõ cơ chế và tác dụng hiệp đồng của các quá trình thụ động hóa bề mặt này. Bằng cách xử lý bề mặt của màng mỏng perovskite bằng diamine như piperazine (PP), có thể sửa đổi cấu trúc bằng diammonium thông qua phản ứng chuyển proton trên bề mặt, sau đó sử dụng dẫn xuất axit tricarboxylic fullerene (CPTA). chúng tôi thấy rằng nó có thể phối hợp có chọn lọc với thiếc trên bề mặt của màng mỏng perovskite.
Chúng tôi thực sự đã tạo ra pin mặt trời perovskite với các trang trí bề mặt này và đánh giá các đặc tính của chúng. Khi chỉ xử lý bằng diamine, hiệu suất chuyển đổi quang điện là 20,8% và việc xử lý bề mặt đã cải thiện điện áp mạch hở thêm 40 mV. Mặt khác, người ta cũng phát hiện ra rằng độ trễ lớn vẫn tồn tại trong đường cong J-V. Ngược lại, xử lý bằng dung dịch hỗn hợp CPTA và diamine (PP) đã loại bỏ hiện tượng trễ và cải thiện hơn nữa điện áp mạch hở, dẫn đến hiệu suất chuyển đổi quang điện là 22,7%.
Ngoài ra, pin mặt trời thu được có độ bền cao và các tế bào (yếu tố phát điện) được lưu trữ trong môi trường khí trơ giảm từ 69 đến 83% các đặc tính ban đầu khi chỉ xử lý bằng diamine, trong khi những tế bào có CPTA và CPTA cho thấy độ bền cao. .Các tế bào được xử lý với sự kết hợp của diamine giữ lại 96% đặc tính của chúng sau 2000 giờ. Nó giữ lại 90% đặc tính của nó sau 450 giờ dưới sự chiếu xạ ánh sáng liên tục.
Kết quả của nghiên cứu này có thể được áp dụng không chỉ cho loại hỗn hợp thiếc-chì mà còn cho sự biến đổi bề mặt của chất bán dẫn perovskite dựa trên thiếc. Trong tương lai, người ta hy vọng rằng hiệu suất của pin mặt trời perovskite không chì sẽ được cải thiện hơn nữa. Ngoài ra, kết quả của nghiên cứu này sẽ được chuyển giao cho Enecoat Technology (Kumiyama-cho, tỉnh Kyoto), một công ty liên doanh có nguồn gốc từ Đại học Kyoto. từ liên doanh của Đại học Kyoto).
