กลุ่มนักวิทยาศาสตร์สหรัฐและแคนาดาได้ใช้โมเลกุลพื้นฐานของลูอิสเพื่อปรับปรุงการสร้างฟิล์มทู่ที่พื้นผิวในเซลล์แสงอาทิตย์เพอร์รอฟสไกต์ทีมงานได้ผลิตอุปกรณ์ที่มีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงและระดับความเสถียรที่โดดเด่น
ทีมวิจัยสหรัฐ-แคนาดาได้ประดิษฐ์เพอร์รอฟสไกต์แบบกลับหัวเซลล์แสงอาทิตย์โดยใช้โมเลกุลลูอิสเบสเพื่อสร้างทู่ที่พื้นผิวโดยทั่วไปแล้วฐานลูอิสจะใช้ในการวิจัยพลังงานแสงอาทิตย์ของเพอรอฟสไกต์ เพื่อลดข้อบกพร่องที่พื้นผิวในชั้นเพอรอฟสกี้สิ่งนี้มีผลเชิงบวกต่อการจัดระดับพลังงาน จลนพลศาสตร์การรวมตัวใหม่ของผิว พฤติกรรมฮิสเทรีซิส และความเสถียรในการปฏิบัติงาน
“ความเป็นพื้นฐานของลูอิส ซึ่งเป็นสัดส่วนผกผันกับอิเลคโตรเนกาติวีตี้ คาดว่าจะเป็นตัวกำหนดพลังงานยึดเหนี่ยวและการรักษาเสถียรภาพของส่วนต่อประสานและขอบเขตของเกรน” นักวิทยาศาสตร์กล่าว โดยสังเกตว่าโมเลกุลได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพสูงในการสร้างพันธะที่แข็งแกร่งระหว่างชั้นเซลล์ที่ ระดับอินเทอร์เฟซ"โมเลกุลฐานของ Lewis ที่มีอะตอมของผู้บริจาคอิเล็กตรอน 2 อะตอมสามารถผูกมัดและเชื่อมโยงส่วนต่อประสานและขอบเขตของพื้นดินซึ่งมีศักยภาพในการเพิ่มการยึดเกาะและเสริมสร้างความแข็งแกร่งทางกลของเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite"
นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้โมเลกุลฐาน diphosphine Lewis ที่รู้จักกันในชื่อ 1,3-bis (diphenylphosphino) propane (DPPP) เพื่อยับยั้งหนึ่งใน halide perovskites ที่มีแนวโน้มมากที่สุด - formamidinium lead iodide ที่รู้จักกันในชื่อ FAPbI3 - เพื่อใช้ในชั้นตัวดูดซับของเซลล์
พวกเขาฝากชั้นเปอร์รอฟสไกต์ไว้บนชั้นขนส่งรูที่เจือด้วย DPPP (HTL) ที่ทำจากนิกเกิล (II) ออกไซด์ (NiOx)พวกเขาสังเกตเห็นว่าโมเลกุล DPPP บางส่วนละลายและแยกตัวที่ทั้งส่วนต่อประสานของ perovskite/NiOx และบริเวณพื้นผิวของ perovskite และพบว่าความเป็นผลึกของฟิล์ม perovskite ดีขึ้นพวกเขากล่าวว่าขั้นตอนนี้ปรับปรุงการเครื่องกลความเหนียวของอินเทอร์เฟซของ perovskite/NiOx
นักวิจัยสร้างเซลล์ด้วยสารตั้งต้นที่ทำจากแก้วและดีบุกออกไซด์ (FTO) ซึ่งเป็น HTL ที่ใช้ NiOx ซึ่งเป็นชั้นของคาร์บาโซลทดแทนเมทิล(Me-4PACz) เป็นชั้นขนส่งผ่านรู, ชั้นเพอร์รอฟสไกต์, ชั้นบางของฟีเอทิลแอมโมเนียมไอโอไดด์ (PEAI), ชั้นขนส่งอิเล็กตรอนที่ทำจากบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน (C60), ชั้นบัฟเฟอร์ดีบุก (IV) ออกไซด์ (SnO2) และ หน้าสัมผัสโลหะทำจากเงิน (Ag)
ทีมงานได้เปรียบเทียบประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ที่เจือด้วย DPPP กับอุปกรณ์อ้างอิงที่ไม่ผ่านการบำบัดเซลล์ที่เจือได้รับประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน 24.5% แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด 1.16 V และตัวประกอบการเติม 82%อุปกรณ์ที่ไม่ได้เจือมีประสิทธิภาพถึง 22.6% แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด 1.11 V และตัวประกอบการเติม 79%
“การปรับปรุงปัจจัยการเติมและแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดยืนยันการลดความหนาแน่นของข้อบกพร่องที่อินเทอร์เฟซด้านหน้า NiOx /perovskite หลังการบำบัดด้วย DPPP” นักวิทยาศาสตร์กล่าว
นักวิจัยยังได้สร้างเซลล์เจือด้วยพื้นที่ใช้งาน 1.05 ตารางลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งสามารถแปลงพลังงานได้ประสิทธิภาพสูงสุดถึง 23.9%และไม่แสดงการเสื่อมสภาพหลังจากผ่านไป 1,500 ชั่วโมง
“ด้วย DPPP ภายใต้สภาพแวดล้อม กล่าวคือ ไม่มีการให้ความร้อนเพิ่มเติม ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานโดยรวมของเซลล์จะคงอยู่ในระดับสูงเป็นเวลาประมาณ 3,500 ชั่วโมง” นักวิจัย Chongwen Li กล่าว“เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์ที่ได้รับการตีพิมพ์ก่อนหน้านี้ในงานวิจัยนี้มีแนวโน้มที่จะมีประสิทธิภาพลดลงอย่างมากหลังจากผ่านไป 1,500 ถึง 2,000 ชั่วโมง ดังนั้น นี่จึงเป็นการปรับปรุงครั้งใหญ่”
กลุ่มบริษัทซึ่งเพิ่งยื่นขอรับสิทธิบัตรสำหรับเทคนิค DPPP ได้นำเสนอเทคโนโลยีเซลล์ในหัวข้อ “การออกแบบเชิงเหตุผลของโมเลกุลเบสของลูอิสสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสกี้แบบกลับด้านที่เสถียรและมีประสิทธิภาพ” ซึ่งเพิ่งตีพิมพ์ในวารสาร Scienceทีมงานประกอบด้วยนักวิชาการจากมหาวิทยาลัยโตรอนโตในแคนาดา เช่นเดียวกับนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโทเลโด มหาวิทยาลัยวอชิงตัน และมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์นในสหรัฐอเมริกา
เวลาโพสต์: Feb-27-2023