Eine US-kanadische Wissenschaftlergruppe hat Lewis-Base-Moleküle verwendet, um die Oberflächenpassivierung in einer Perowskit-Solarzelle zu verbessern.Das Team stellte ein Gerät mit hoher Leerlaufspannung und bemerkenswerter Stabilität her.
Ein US-kanadisches Forschungsteam hat einen invertierten Perowskit hergestelltSolarzelledurch die Verwendung von Lewis-Base-Molekülen zur Oberflächenpassivierung.Lewis-Basen werden in der Perowskit-Solarforschung im Allgemeinen verwendet, um Oberflächendefekte in der Perowskitschicht zu passivieren.Dies hat positive Auswirkungen auf die Ausrichtung des Energieniveaus, die Kinetik der Grenzflächenrekombination, das Hystereseverhalten und die Betriebsstabilität.
„Die Lewis-Basizität, die umgekehrt proportional zur Elektronegativität ist, soll die Bindungsenergie und die Stabilisierung von Grenzflächen und Korngrenzen bestimmen“, sagten die Wissenschaftler und stellten fest, dass sich die Moleküle als äußerst effizient bei der Herstellung starker Bindungen zwischen den Zellschichten erwiesen haben der Schnittstellenebene.„Ein Lewis-Base-Molekül mit zwei elektronenspendenden Atomen kann möglicherweise Grenzflächen und Erdungsgrenzen binden und überbrücken und bietet so das Potenzial, die Haftung zu verbessern und die mechanische Festigkeit von Perowskit-Solarzellen zu stärken.“
Die Wissenschaftler verwendeten ein Diphosphin-Lewis-Basemolekül namens 1,3-Bis(diphenylphosphino)propan (DPPP), um einen der vielversprechendsten Halogenidperowskite – das Formamidiniumbleiodid namens FAPbI3 – für den Einsatz in der Absorberschicht einer Zelle zu passivieren.
Sie lagerten die Perowskitschicht auf einer DPPP-dotierten Lochtransportschicht (HTL) aus Nickel(II)-Oxid (NiOx) ab.Sie beobachteten, dass sich einige DPPP-Moleküle sowohl an der Perowskit/NiOx-Grenzfläche als auch an den Perowskit-Oberflächenbereichen erneut auflösten und entmischten und dass sich die Kristallinität des Perowskitfilms verbesserte.Sie sagten, dieser Schritt habe die verbessertmechanischZähigkeit der Perowskit/NiOx-Grenzfläche.
Die Forscher bauten die Zelle mit einem Substrat aus Glas und Zinnoxid (FTO), dem HTL auf Basis von NiOx, einer Schicht ausMethylsubstituiertes Carbazol(Me-4PACz) als Lochtransportschicht, die Perowskitschicht, eine dünne Schicht aus Phenethylammoniumiodid (PEAI), eine Elektronentransportschicht aus Buckminsterfulleren (C60), eine Pufferschicht aus Zinn(IV)oxid (SnO2) und ein Metallkontakt aus Silber (Ag).
Das Team verglich die Leistung der DPPP-dotierten Solarzelle mit einem Referenzgerät, das die Behandlung nicht durchlief.Die dotierte Zelle erreichte einen Leistungsumwandlungswirkungsgrad von 24,5 %, eine Leerlaufspannung von 1,16 V und einen Füllfaktor von 82 %.Das undotierte Bauelement erreichte einen Wirkungsgrad von 22,6 %, eine Leerlaufspannung von 1,11 V und einen Füllfaktor von 79 %.
„Die Verbesserung des Füllfaktors und der Leerlaufspannung bestätigte die Verringerung der Defektdichte an der NiOx/Perowskit-Frontgrenzfläche nach der DPPP-Behandlung“, sagten die Wissenschaftler.
Die Forscher bauten außerdem eine dotierte Zelle mit einer aktiven Fläche von 1,05 cm2, die eine Leistungsumwandlung erreichteWirkungsgrad von bis zu 23,9 %und zeigte nach 1.500 Stunden keine Verschlechterung.
„Mit DPPP blieb der Gesamtwirkungsgrad der Energieumwandlung der Zelle unter Umgebungsbedingungen – also ohne zusätzliche Erwärmung – etwa 3.500 Stunden lang hoch“, sagte Forscher Chongwen Li.„Die zuvor in der Literatur veröffentlichten Perowskit-Solarzellen neigen dazu, nach 1.500 bis 2.000 Stunden einen deutlichen Rückgang ihrer Effizienz zu verzeichnen, das ist also eine große Verbesserung.“
Die Gruppe, die kürzlich ein Patent für die DPPP-Technik angemeldet hatte, stellte die Zelltechnologie in „Rational Design of Lewis Base Molecules for“ vorstabile und effiziente invertierte Perowskit-Solarzellen„, das kürzlich in Science veröffentlicht wurde.Zum Team gehören Wissenschaftler der University of Toronto in Kanada sowie Wissenschaftler der University of Toledo, der University of Washington und der Northwestern University in den Vereinigten Staaten.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 27. Februar 2023