La stratégie de formation de base de Lewis à la demande stimule l’efficacité et la stabilité des cellules solaires de la pérovskite

Cellules solaires basées sur des pérovskites, matériaux avec une structure cristalline caractéristique dévoilée d’abord dans le titanate de calcium minéral (Catio₃), ont émergé comme une alternative prometteuse au photovoltaïque conventionnel à base de silicium. Un avantage clé de ces matériaux est qu’ils pourraient produire des efficacités de conversion de puissance élevées (PCE), mais leurs coûts de production pourraient être inférieurs.

Les films de pérovskite peuvent exister sous différentes formes structurelles, également appelées phases. L’une est la phase α de la phase α (c’est-à-dire une phase noire photoactive), qui est la phase la plus souhaitable pour l’absorption efficace de la lumière et le transport des porteurs de charge. La phase Δ, en revanche, est une phase intermédiaire caractérisée par un arrangement d’atomes différent et une photoactivité réduite.

Des chercheurs de l’Université de Toledo, de l’Université Northwestern, de l’Université Cornell et d’autres instituts ont récemment introduit une nouvelle stratégie pour contrôler le processus de cristallisation en pérovskite-basé cellules solairesstabilisant la phase Δ tout en facilitant leur transition vers la phase α. Leur approche proposée, décrite dans un papier dans Énergie de la naturepermet la formation de bases de Lewis sur les pérovskites à la demande pour optimiser la cristallisation, ce qui peut améliorer l’efficacité et la stabilité des cellules solaires.

« Dans la fabrication de FAPBI₃– Les cellules solaires de la pérovskite basées, les bases de Lewis jouent un rôle crucial dans la facilitation de la formation de la phase α photovoltaïque souhaitée », a écrit Sheng Fu, Nannan Sun et leurs collègues dans leur article.

« Cependant, une contradiction inhérente existe dans leur rôle: ils doivent fortement se lier à stabiliser la phase Δ intermédiaire, mais faiblement se lier pour l’élimination rapide pour permettre la transition de phase et la croissance des grains. Pour résoudre ce conflit, nous avons introduit une stratégie de formation de molécule de base de Lewis à la demande. »

Pour contrôler de manière fiable processus de cristallisation Lors de la fabrication de pérovskites pour le photovoltaïque, FU, Sun et leurs collègues ont utilisé des sels biologiques qui contenaient des acides Lewis. Ces sels se déprotonaient pour produire des bases de Lewis aux moments souhaités, mais ils peuvent également être transformés en sels et facilement retirés une fois qu’ils servent leur objectif.

Les chercheurs ont évalué le potentiel de leur stratégie proposée dans une série de tests et ont constaté qu’ils ont permis la cristallisation optimale du FAPBI en phase α₃ Films de pérovskite. Leur approche s’est avérée améliorer la qualité des films, en veillant à ce que les cations A-sites soient réparties uniformément et verticalement tout en donnant des tailles de grains plus grandes et moins de vides aux interfaces enterrées.

L’équipe a utilisé les films de pérovskite qu’ils ont créés en utilisant leur méthode pour fabriquer des cellules solaires, puis ont également testé les performances de ces cellules. Leurs résultats ont été très encourageants, car les cellules ont atteint une bonne efficacité de conversion de puissance qui ont été maintenues après leur opération continue pendant de longues périodes.

« Les cellules solaires de la pérovskite incorporant du chlorhydrate de semi-artradarbazide ont obtenu une efficacité de 26,1%, avec une efficacité nationale de quasi-state à l’énergie des énergies renouvelables de 25,33% », a écrit Fu, Sun et leurs collègues. « Ces cellules ont conservé 96% de leur efficacité initiale après 1 000 h de fonctionnement à 85 ° C sous un suivi maximal de point de puissance. De plus, des mini-modules avec une ouverture de 11,52 cm² a atteint une efficacité de 21,47%. « 

La stratégie de formation des bases de l’équipe pourrait bientôt être appliquée à d’autres matériaux de pérovskite, contribuant potentiellement à l’avancement des cellules solaires à base de pérovskite et à leur futur déploiement du monde réel. Dans le cadre de leur étude, FU, Sun et leurs collègues ont utilisé le chlorhydrate de semi-semi-parallèle en sel contenant de l’acide Lewis, mais leur approche peut être reproduite en utilisant tout autre sel contenant de Lewis-acide qui présente une faible constante de dissociation acide.

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