Araştırmacılar Işık, Isı ve UV Stresi Altında Rekor Perovskite Güneş Modülü Kararlılığı Elde Etti

Uluslararası bir araştırma ekibi, endüstriyle uyumlu, kimya-güdümlü bir pasivasyon teknolojisiyle ışık, ısı ve UV stresi altında rekor perovskit güneş modülü stabilitesine ulaştı-. Özellikle, 48 cm2'lik bir tanıtım modülü, 5.000 saatlik 1 güneş ışığına maruz bırakma ve maksimum güç noktasından (MPP) sonra başlangıç ​​verimliliğinin yaklaşık %95'ini korudu.

İlgili yazar Narges Yaghoobi Nia, pv dergisine şöyle konuştu: "Bu çalışmanın en önemli yeniliği, geleneksel iyonik hacimli katyonlar yerine nötr moleküllere dayalı iki-boyutlu (2D) perovskitler için ortak kristal mühendisliği stratejisinin tanıtılmasıdır." İlgili yazar Narges Yaghoobi Nia, pv dergisine şunları söyledi ve çalışmanın, benzoguanamin (BGA) olarak bilinen nötr triazin- bazlı moleküllerin "stokiyometrik bir yapıda bir araya gelecek ortak oluşturucular" olarak hareket edebildiğini gösterdiğini ekledi. 2D perovskit ortak-kristal fazı, iyon değişimi yerine moleküller arası etkileşimler yoluyla gerçekleşir."

Araştırmacılar, BGA'nın, çok işlevli bir ajan olarak hareket ederek "güçlü Lewis eklentileri ve moleküller arası bağlar oluşturarak" perovskit kompozit ince filmlerdeki hem halojenür hem de katyonik boşlukları seçici olarak pasifleştirdiğini belirledi.

Araştırmacılar, "Bu BGA-tabanlı 2D perovskit filmler iyon göçünü ve uzun süreli ortam aydınlatması altında uçucu MA+ katyonlarının gaz çıkışını etkili bir şekilde engelliyor" dedi ve kararlı 2D perovskit fazının orijinal 3D perovskit stokiyometrisini değiştirmediğini ekledi.

Yaghoobi Nia'ya göre, 3D katmanın zarar görmesini önlemek için-polar olmayan, sektöre-uyumlu solventlerin kullanılması da yeni bir yaklaşımdı.

Optimize edilmiş perovskit güneş pillerinde işlenmiş filmlerin gösterimi, 5.000 saatlik 1-güneş ışığına batırma ve MPP koşullarından sonra %95'in üzerinde verimlilik muhafazasıyla sonuçlandı. Termal stres testleri altında, hedef cihaz 85°C'de 5.000 saat sonra %91'in üzerinde verimlilik muhafazasına ve atmosferik koşullarda 1.000 saat sürekli UV'ye maruz kalma ve MPP takibi altında %98'in üzerinde verimlilik muhafazasına sahipti.

Araştırmacılar ayrıca %18,5 güç dönüşüm verimliliğine ve IEC/ISOS ticari gerekliliklerinin ötesinde kararlılık seviyelerine sahip 48 cm²'ye kadar aktif alana sahip modüller de ürettiler. Küçük-alanlı güneş pilleri %23,4 verimliliğe sahipti.

Araştırmacılar, "Ortak-kristal mühendisliği yöntemimiz, daha önce yayınlanmış sonuçlarla karşılaştırıldığında hem verimlilikte hem de kararlılıkta açık bir gelişme gösteriyor" dedi. Yaghoobi Nia, "Birlikte, bu ilerlemeler perovskitin ticarileştirilmesinin önündeki son büyük engellerden birini doğrudan ele alıyor: gerçekçi çalışma koşulları altında uzun-vadeli modül stabilitesi" dedi.

Üretilebilirliğe gelince, ortak kristal mühendisliği süreci mevcut perovskit üretim iş akışlarıyla uyumlu olacak şekilde tasarlandı.

Yaghoobi Nia, "Süreç perspektifinden bakıldığında, standart bir 3D perovskit katmanının üstünde tek bir ek biriktirme adımıdır" diye açıkladı ve karmaşık sentez, yüksek-sıcaklıkta işleme, vakum adımları veya yeni sermaye-yoğun araçlar gerektirmediğini ekledi. "Bu, mevcut PV üretim hatlarına teknoloji transferinin önündeki engeli azaltıyor" dedi.

2D ortak-kristal katman, polar olmayan bir çözücüden çözelti biriktirme ve ardından hafif termal tavlama ile oluşturulur. Yaghoobi Nia, "Daha da önemlisi, karmaşıklık teknolojik olmaktan ziyade kimyasaldır. Yenilik, ilave üretim adımlarında değil, moleküler tasarımda ve arayüzey kimyasında yatmaktadır. Bu, yaklaşımı-büyütme ve endüstriyel benimseme açısından son derece çekici kılmaktadır," diye vurguladı Yaghoobi Nia

Araştırma, Iritaly Trading Company ve École Polytechnique Fédérale de Lausanne'den (EPFL) bir ekip tarafından yürütüldü ve İtalya- merkezli Greatcell Solar Argonne Ulusal Laboratuvarı, Roma Tor Vergata Üniversitesi, Maddenin Yapısı Enstitüsü'nden araştırmacılar katıldı.

Araştırmacılar BGA ile yapılan çalışmayı "polar olmayan çözücüler kullanarak benzersiz ortak-kristal düşük-boyutlu perovskit fazlarını gerçekleştirmek için çığır açan bir bileşik olarak değerlendirdiler ve bu da yüksek verimli ve kararlı perovskit cihazlara yol açtı."

Nature Energy'de yayınlanan "Geliştirilmiş verimlilik ve stabiliteye sahip perovskit güneş modülleri için iki{-boyutlu perovskit fazının eş-kristal mühendisliği" bölümünde ayrıntılı olarak açıklanmıştır.