X射线显示无铅钙钛矿太阳能电池板材料的原位晶体生长


来源:   时间:2020-08-13 19:08:25


铅基钙钛矿是用于太阳能电池板生产的非常有前途的材料。它们可以将光有效地转化为电能,但它们也存在一些主要缺点:最有效的材料不是很稳定,而铅是有毒的元素。格罗宁根大学的科学家正在研究铅基钙钛矿的替代品。显着影响这些太阳能电池效率的两个因素是形成薄膜的能力和太阳能电池中材料的结构。因此,就地研究无铅钙钛矿晶体的形成以及晶体结构如何影响太阳能电池的功能非常重要。该研究结果于3月31日发表在《高级功能材料》杂志上。

X射线显示无铅钙钛矿太阳能电池板材料的原位晶体生长

基于混合钙钛矿的光伏电池于2009年首次引入,并迅速变得几乎与标准硅太阳能电池一样高效。这些材料具有非常独特的晶体结构,称为钙钛矿结构。在理想的立方晶胞中,阴离子围绕中心阳离子形成八面体,而立方体的角被其他较大的阳离子占据。不同的离子可用于产生不同的钙钛矿。

旋涂

使用以铅为中心阳离子的钙钛矿可获得太阳能电池的最佳结果。由于这种金属是有毒的,因此已经开发了锡基替代品,例如,甲form碘化锡(FASnI3)。这是一种很有前途的材料;但是,它缺乏某些铅基材料的稳定性。已经尝试将3D FASnI3晶体与包含有机阳离子苯乙基铵(PEA)的层状材料混合。助理教授Giuseppe Portale说:“我的同事Maria Loi教授和她的研究小组表明,添加少量这种PEA会产生更稳定和有效的材料。但是,大量添加会降低光伏效率。

那就是Portale的来源。光物理和光电学教授Maria Loi对钙钛矿进行了很长的研究,而Portale开发了一种X射线衍射技术,使他能够在旋转过程中实时研究薄膜的快速形成。 -从溶液中涂覆。在实验室规模上,钙钛矿薄膜通常通过旋涂制成,该过程中将前体溶液输送到快速旋转的基材上。随着溶剂的蒸发晶体生长。在法国格勒诺布尔的欧洲同步加速器辐射设施(ESRF)的光束线BM26B-DUBBLE上,Portale研究了钙钛矿型成膜过程中发生的情况。

接口

Portale解释说:“我们最初的想法是基于异位研究的,定向晶体从基底表面向上生长。”然而,原位结果显示出相反的结果:晶体在空气/溶液界面开始生长。在实验期间,他使用了3D FASnI3并添加了不同量的2D PEASnI4。在纯3D钙钛矿中,晶体开始在表面形成,但在溶液的大部分中也开始形成。但是,添加少量的2D材料会抑制块状结晶,并且晶体仅从界面生长。

PEA分子在钙钛矿的前体溶液中起着积极的作用,通过晶体边缘的配位稳定了定向3D样晶体的生长。而且,PEA分子可防止本体相中的成核,因此晶体生长仅发生在空气/溶剂界面处。所得的薄膜由排列的3D形钙钛矿晶体和位于薄膜底部的少量2D形钙钛矿组成。低浓度的2D材料的添加会产生稳定且有效的光伏材料,而在高浓度的2D材料下效率会急剧下降。

绝缘子

Portale和Loi进行的实验可以解释这一观察结果:“ 2D形钙钛矿位于基材/薄膜界面。将2D材料的含量增加到一定数量以上会导致形成延伸的2D类有机层,该有机层充当绝缘体,对器件效率产生不利影响。研究的结论是,必须防止这种绝缘层的形成,以实现高效,稳定的锡基钙钛矿。“下一步就是要实现这一目标,例如,通过与溶剂,温度或特定的钙钛矿/底物相互作用进行打扰,从而破坏厚绝缘层的形成。”

  版权及免责声明:凡本网所属版权作品,转载时须获得授权并注明来源“环球光伏网”,违者本网将保留追究其相关法律责任的权力。凡转载文章,不代表本网观点和立场。

延伸阅读

最新文章

最具有潜力的太阳能辅助技术,荷兰研发光电电解电池与光伏电解 最具有潜力的太阳能辅助技术,荷兰研发光电电解电池与光伏电解

精彩推荐

产业新闻

东方日升:TITAN与HJT结合,光伏行业将正式步入7.0时代 东方日升:TITAN与HJT结合,光伏行业将正式步入7.0时代

热门推荐