Cercetătorii obțin o stabilitate record a modulului solar de perovskit la lumină, căldură și stres UV

O echipă internațională de cercetare a obținut o stabilitate record a modulului solar de perovskit la lumină, căldură și stres UV, cu o tehnologie de pasivare bazată pe chimie-compatibilă cu industria-. În mod remarcabil, un modul demonstrativ de 48 cm2 și-a păstrat aproximativ 95% din eficiența sa inițială după 5.000 de ore de înmuiere cu 1 lumină solară și punctul de putere maximă (MPP).

„Noutatea cheie a acestei lucrări este introducerea unei strategii de inginerie co-cristalului pentru perovskiții bi{-dimensionali (2D) bazate pe molecule neutre, mai degrabă decât pe cationi voluminați ionici convenționali”, a declarat autorul corespondent Narges Yaghoobi Nia revistei pv, adăugând că studiul a demonstrat că moleculele de triazină neutre, cunoscute sub numele de molecule de triazină, cunoscute sub numele de benzoguana, ca „coformatori pentru a se asambla într-o fază stoechiometrică de co-perovskit 2D prin interacțiuni intermoleculare în loc de schimb ionic”.

Cercetătorii au determinat că BGA a pasivat selectiv atât locurile libere de halogenuri cât și cele cationice în peliculele subțiri compozite de perovskit prin „formând aducti Lewis puternici și legături intermoleculare”, acționând ca un agent multifuncțional.

„Aceste filme de perovskit 2D pe bază de BGA-blochează în mod eficient migrarea ionilor și degazarea cationilor volatili MA+ în condiții de iluminare ambientală prelungită”, au spus cercetătorii, adăugând că faza stabilă de perovskit 2D nu a modificat stoichiometria perovskită 3D inițială.

A fost, de asemenea, nou să folosim solvenți ne-polari, compatibili-industriei, pentru a evita deteriorarea stratului 3D, potrivit Yaghoobi Nia.

O demonstrație a filmelor tratate în celule solare optimizate de perovskit a dus la o reținere a eficienței de peste 95% după 5.000 de ore de înmuiere cu 1 soare și condiții MPP. În cadrul testelor de stres termic, dispozitivul țintă a avut o reținere a eficienței de peste 91% după 5.000 de ore la 85 C și o reținere a eficienței de peste 98% sub 1.000 de ore de expunere continuă la UV și urmărire MPP în condiții atmosferice.

Cercetătorii au fabricat, de asemenea, module cu o suprafață activă de până la 48 cm² care aveau o eficiență de conversie a puterii de 18,5% și niveluri de stabilitate peste cerințele comerciale IEC/ISOS. Celulele solare cu suprafață mică-au avut o eficiență de 23,4%.

„Metoda noastră de inginerie a co-cristalului arată o îmbunătățire clară atât a eficienței, cât și a stabilității în comparație cu rezultatele publicate anterior”, au observat cercetătorii. „Împreună, aceste progrese abordează în mod direct una dintre ultimele bariere majore în calea comercializării perovskitului: stabilitatea-modulului pe termen lung în condiții de operare realiste”, a spus Yaghoobi Nia.

În ceea ce privește fabricabilitatea, procesul de inginerie co-cristal a fost conceput pentru a fi compatibil cu fluxurile de lucru existente de producție de perovskit.

„Din perspectiva procesului, este o singură etapă suplimentară de depunere peste un strat de perovskit 3D standard”, a explicat Yaghoobi Nia, adăugând că nu necesită sinteză complexă, procesare la temperatură înaltă-, etape de vid sau noi instrumente intensive-de capital. „Acest lucru scade bariera pentru transferul de tehnologie către liniile de producție fotovoltaice existente”, a menționat ea.

Stratul de co-cristal 2D este format prin depunerea unei soluții dintr-un solvent ne-polar, urmată de o recoacere termică ușoară. „Important, complexitatea este mai degrabă chimică decât tehnologică. Inovația constă în proiectarea moleculară și chimia interfacială, nu în etapele de producție suplimentare. Acest lucru face ca abordarea să fie foarte atractivă pentru extindere-și adoptare industrială”, a subliniat Yaghoobi Nia.

Cercetarea a fost condusă de o echipă de la Iritaly Trading Company și École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), alături de cercetători de la Universitatea din Roma Tor Vergata, Institutul de Structură a Materiei, Laboratorul Național Argonne, Greatcell Solar cu sediul în Italia-.

Cercetătorii au evaluat munca cu BGA ca reprezentând un „compus revoluționar pentru realizarea de faze unice de perovskit co-cristal de joasă-dimensionalitate folosind solvenți ne-polari, ceea ce duce la dispozitive perovskite extrem de eficiente și stabile”.

Este detaliat în „Co-ingineria cristalină a unei faze de perovskite bi-dimensionale pentru module solare perovskite cu eficiență și stabilitate îmbunătățite”, publicat în Nature Energy.