Πηγή: ossila.com
Η ταχεία βελτίωση των φωτοβολταϊκών κυψελίδων των περοβσκίτη τους έχει καταστήσει το αναδυόμενο αστέρι του φωτοβολταϊκού κόσμου και έχει τεράστιο ενδιαφέρον για την ακαδημαϊκή κοινότητα. Δεδομένου ότι οι μέθοδοι λειτουργίας τους είναι ακόμα σχετικά νέες, υπάρχει μεγάλη ευκαιρία για περαιτέρω έρευνα σχετικά με τη βασική φυσική και τη χημεία γύρω από τους perovskites. Επιπλέον, όπως έχει αποδειχθεί τα τελευταία χρόνια - οι βελτιώσεις μηχανικής των συνταγογραφιών του perovskite και των ρουτινών κατασκευής έχουν οδηγήσει σε σημαντικές αυξήσεις στην απόδοση μετατροπής ισχύος, με τις πρόσφατες συσκευές να φτάνουν πάνω από 23%, από τον Ιούνιο του 2018.
Τι είναι οι Περοβσκίτες;
Γιατί είναι τόσο σημαντικά τα ηλιακά κύτταρα Perovskite;
Ποια ζητήματα αντιμετωπίζουν οι Περοβσκίτες;
Κατασκευή και μέτρηση των ηλιακών κυψελών Perovskite
Το μέλλον των Περοβσκητών
Οδηγός βίντεο παραγωγής Perovskite
Προϊόντα Ossila για ηλιακά κύτταρα Perovskite
βιβλιογραφικές αναφορές
Περαιτέρω ανάγνωση
Τι είναι οι Περοβσκίτες;
Οι όροι "perovskite" και "perovskite structure" χρησιμοποιούνται συχνά εναλλακτικά. Από τεχνική άποψη, ένας perovskite είναι ένας τύπος ορυκτών που βρέθηκε για πρώτη φορά στα βουνά της Ουράλ και πήρε το όνομά του από τον Lev Perovski (ο οποίος ήταν ο ιδρυτής της Ρωσικής Γεωγραφικής Εταιρείας). Μια δομή περοβσκίτη είναι οποιαδήποτε ένωση που έχει την ίδια δομή με το ορυκτό περοβσκίτη.
Ο πραγματικός περοβσκίτης (το ορυκτό) αποτελείται από ασβέστιο, τιτάνιο και οξυγόνο στη μορφή CaTiO 3 . Εν τω μεταξύ, μια δομή perovskite είναι οτιδήποτε έχει τη γενική μορφή ABX 3 και την ίδια κρυσταλλογραφική δομή με τον perovskite (το ορυκτό). Ωστόσο, δεδομένου ότι οι περισσότεροι άνθρωποι στον κόσμο των ηλιακών κυττάρων δεν ασχολούνται με ορυκτά και τη γεωλογία, η περοβσκίτη και η δομή του περοβσκίτη χρησιμοποιούνται εναλλακτικά.
Η διάταξη πλέγματος περοβσκίτη παρουσιάζεται κατωτέρω. Όπως συμβαίνει με πολλές δομές κρυσταλλογραφίας, μπορεί να εκπροσωπείται με πολλούς τρόπους. Ο απλούστερος τρόπος να σκεφτούμε έναν περοβσκίτη είναι ένα μεγάλο ατομικό ή μοριακό κατιόν (θετικά φορτισμένο) τύπου Α στο κέντρο ενός κύβου. Οι γωνίες του κύβου στη συνέχεια καταλαμβάνονται από τα άτομα Β (επίσης θετικά φορτισμένα κατιόντα) και οι όψεις του κύβου καταλαμβάνονται από ένα μικρότερο άτομο Χ με αρνητικό φορτίο (ανιόν).
Μια γενική δομή κρυστάλλου περοβσκίτη της μορφής ΑΒΧ3. Σημειώστε ότι οι δύο δομές είναι ισοδύναμες - η αριστερή δομή σχεδιάζεται έτσι ώστε το άτομο Β να βρίσκεται στη θέση <0,0,0> ενώ η δεξιά δομή έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε το άτομο (ή το μόριο) Α να βρίσκεται στο < 0,0,0=""> θέση. Επίσης, σημειώστε ότι οι γραμμές είναι ένας οδηγός για να αντιπροσωπεύει τον προσανατολισμό του κρυστάλλου αντί για τα μοτίβα συγκόλλησης.
Ανάλογα με το ποια άτομα / μόρια χρησιμοποιούνται στη δομή, οι περοβσκίτες μπορούν να έχουν μια εντυπωσιακή σειρά ενδιαφέρουσες ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένης της υπεραγωγιμότητας, της γιγαντιαίας μαγνητοαντίστασης, της σπιν-εξαρτώμενης μεταφοράς (σπιντρονική) και των καταλυτικών ιδιοτήτων. Συνεπώς, οι Περοβσκίτες αποτελούν μια συναρπαστική παιδική χαρά για φυσικούς, χημικούς και επιστήμονες υλικών.
Οι Perovskites χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά με ηλιακά κύτταρα στερεάς κατάστασης το 2012, και από τότε τα περισσότερα κύτταρα έχουν χρησιμοποιήσει τον ακόλουθο συνδυασμό υλικών στη συνήθη μορφή του perovskite ABX 3 :
Α = Οργανικό κατιόν - μεθυλαμμώνιο (CH3NH3 + ) ή φορμαμιδίνιο (NH2CHNH2 + )
Β = Ένα μεγάλο ανόργανο κατιόν - συνήθως μόλυβδος (II) (Pb 2+ )
X3 = Ένα ελαφρώς μικρότερο ανιόν αλογόνου - συνήθως χλωριούχο (Cl - ) ή ιωδιούχο (I - )
Δεδομένου ότι πρόκειται για μια σχετικά γενική δομή, αυτές οι συσκευές που βασίζονται σε perovskite μπορούν επίσης να δίδονται με διάφορα ονόματα, τα οποία μπορούν είτε να αναφέρονται σε μια γενικότερη κατηγορία υλικών είτε σε έναν συγκεκριμένο συνδυασμό. Για παράδειγμα, δημιουργήσαμε τον παρακάτω πίνακα για να επισημάνουμε πόσα ονόματα μπορούν να δημιουργηθούν από μια βασική δομή.
ΕΝΑ | σι | Χ 3 |
Οργανο | Μέταλλο | Τριαλογονούχο (ή τριαλογονούχο) |
Μεθυλαμμώνιο | Οδηγω | Ιωδίδιο (ή τριοϊωδίδιο) |
Ολοκαίνουργιο | Χλωριούχο (ή τριχλωριούχο) |
Ο πίνακας περισκήτων "picking name" : Επιλέξτε ένα στοιχείο από τις στήλες A, B ή X 3 για να βρείτε ένα έγκυρο όνομα. Παραδείγματα περιλαμβάνουν: Οργανο-μόλυβδο-χλωρίδια, μεθυλαμμώνιο-μεταλλικά-τριαλίδια, οργανο-plumbate-ιωδίδια κλπ.
Ο πίνακας δείχνει πόσο απέραντος είναι ο χώρος παραμέτρων για πιθανούς συνδυασμούς υλικού / δομής, καθώς υπάρχουν πολλά άλλα άτομα / μόρια που θα μπορούσαν να υποκαταστήσουν κάθε στήλη. Η επιλογή των συνδυασμών υλικών θα είναι καθοριστική για τον προσδιορισμό τόσο των οπτικών όσο και των ηλεκτρονικών ιδιοτήτων (π.χ. εύρος ζώνης και αντίστοιχα φάσματα απορρόφησης, κινητικότητα, μήκη διάχυσης κ.λπ.). Μια απλή βελτιστοποίηση βίαιων δυνάμεων μέσω συνδυαστικής διαλογής στο εργαστήριο είναι πιθανόν να είναι πολύ αναποτελεσματική στην εξεύρεση καλών δομών perovskite.
Η πλειονότητα των αποδοτικών περοβσκίτη βασίζεται στα αλογονίδια μετάλλων της Ομάδας IV (ειδικά μολύβδου) και η μετακίνηση πέρα από αυτό έχει αποδειχθεί δύσκολη. Είναι πιθανό ότι απαιτείται περισσότερη γνώση σε βάθος απ 'ότι σήμερα διατίθεται για να διερευνηθεί πλήρως το φάσμα των πιθανών δομών του perovskite. Τα ηλιακά κύτταρα με βάση το περοβσκίτη με βάση το μόλυβδο είναι ιδιαίτερα καλά εξαιτίας μιας σειράς παραγόντων, όπως η ισχυρή απορρόφηση στο ορατό καθεστώς, τα μακρά μήκη διάχυσης φορέα φόρτισης, ένα συντονισμένο χάσμα ζώνης και η εύκολη κατασκευή (λόγω της υψηλής ανοχής ελαττώματος και ικανότητα επεξεργασίας σε χαμηλές θερμοκρασίες).
Γιατί είναι τόσο σημαντικά τα ηλιακά κύτταρα Perovskite;
Υπάρχουν δύο βασικά γραφήματα που καταδεικνύουν τους λόγους για τους οποίους τα ηλιακά κύτταρα του perovskite έχουν προσελκύσει τόσο μεγάλη προσοχή στο σύντομο χρονικό διάστημα από το 2012. Η πρώτη από αυτές τις γραφικές παραστάσεις (η οποία χρησιμοποιεί δεδομένα που λαμβάνονται από το διάγραμμα αποδοτικότητας κυψελών ηλιακού κυττάρου NREL) 1 καταδεικνύει την αποδοτικότητα μετατροπής ισχύος του perovskite με βάση τα τελευταία χρόνια, σε σύγκριση με την αναδυόμενη τεχνολογία φωτοβολταϊκών ερευνών, καθώς και παραδοσιακές φωτοβολταϊκές τεχνολογίες λεπτού υμενίου.
Το γράφημα δείχνει μια μετεωρική αύξηση σε σύγκριση με τις περισσότερες άλλες τεχνολογίες σε σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα. Μέσα σε 4 χρόνια από την ανακάλυψή τους, τα φωτοβολταϊκά κύτταρα perovskite είχαν ισοδύναμη αποτελεσματικότητα της τελουρίδης του καδμίου (CdTe), η οποία βρίσκεται εδώ και πάνω από 40 χρόνια. Επιπλέον, από τον Ιούνιο του 2018 έχουν πλέον ξεπεράσει όλες τις άλλες τεχνολογίες λεπτής μεμβράνης, χωρίς συμπυκνωτή - συμπεριλαμβανομένων των CdTe και του Copper Indium Gallium Selenide (CIGS). Αν και θα μπορούσε να υποστηριχθεί ότι περισσότεροι πόροι και καλύτερη υποδομή για έρευνα ηλιακών κυψελών ήταν διαθέσιμα τα τελευταία χρόνια, η δραματική αύξηση της αποτελεσματικότητας των φωτοβολταϊκών κυψελίδων εξακολουθεί να είναι εξαιρετικά σημαντική και εντυπωσιακή.
Τα ηλιακά κύτταρα Perovskite έχουν αυξηθεί στην αποδοτικότητα της μετατροπής ισχύος σε ένα εκπληκτικό ρυθμό σε σύγκριση με άλλους τύπους φωτοβολταϊκών. Παρόλο που ο αριθμός αυτός αντιπροσωπεύει μόνο τα εργαστηριακά "ηρωικά κύτταρα", προμηνύει μεγάλη υπόσχεση.
Το δεύτερο γράφημα κλειδιού που ακολουθεί είναι η τάση ανοικτού κυκλώματος σε σύγκριση με το χάσμα της ζώνης για μια σειρά τεχνολογιών που ανταγωνίζονται με τους perovskites. Αυτό το γράφημα δείχνει πόση απώλεια ενέργειας του φωτονίου στη διαδικασία μετατροπής από το φως στην ηλεκτρική ενέργεια. Για τυποποιημένα ηλιακά κύτταρα οργανικής προέλευσης, η απώλεια αυτή μπορεί να ανέλθει στο 50% της απορροφούμενης ενέργειας, ενώ τα ηλιακά κύτταρα perovskite υπερβαίνουν τακτικά το 70% της χρήσης ενέργειας φωτονίων και έχουν τη δυνατότητα να αυξηθούν ακόμη περισσότερο. 4
Αυτό προσεγγίζει τις τιμές των τεχνολογιών αιχμής (όπως οι GaAs), αλλά με σημαντικά χαμηλότερο κόστος. Τα ηλιακά κύτταρα κρυσταλλικού πυριτίου, αναμφισβήτητα το πλησιέστερο συγκριτικό σε περοβσκίτη όσον αφορά την αποδοτικότητα και το κόστος, είναι ήδη έως και 1000 φορές φθηνότερα από τα state-of-the-art GaAs. Οι Perovskites έχουν τη δυνατότητα να γίνουν ακόμη πιο φθηνές από αυτό.
Η μέγιστη χρησιμοποίηση ενέργειας φωτονίων (ορίζεται ως η τάση ανοικτού κυκλώματος Voc διαιρούμενη με την οπτική ζώνη ζώνης Eg) για κοινά συστήματα υλικών ηλιακών κυψελών μεμονωμένων συνδέσμων. Υπολογίσθηκε από κυψέλες της τεχνολογίας που περιγράφονται λεπτομερώς στους πίνακες απόδοσης NREL.
Ποια ζητήματα αντιμετωπίζουν οι Περοβσκίτες;
Το μεγαλύτερο ζήτημα στον τομέα των perovskites είναι επί του παρόντος μακροπρόθεσμη αστάθεια. Αυτό έχει αποδειχθεί ότι οφείλεται σε οδούς υποβάθμισης που περιλαμβάνουν εξωτερικούς παράγοντες, όπως νερό, φως και οξυγόνο, και επίσης ως αποτέλεσμα εγγενούς αστάθειας, όπως αποικοδόμηση κατά τη θέρμανση, λόγω των ιδιοτήτων του υλικού. Για μια επισκόπηση των αιτίων της υποβάθμισης του perovskite, ανατρέξτε στον οδηγό της Ossila.
Έχουν προταθεί αρκετές στρατηγικές για τη βελτίωση της σταθερότητας, με την επιτυχία με την αλλαγή της επιλογής των συστατικών στοιχείων. Η χρήση συστημάτων μεικτών κατιόντων (για παράδειγμα, συμπεριλαμβάνοντας ανόργανα κατιόντα όπως το ρουβίδιο ή το καίσιο) έχει αποδειχθεί ότι βελτιώνει τόσο τη σταθερότητα όσο και την αποτελεσματικότητα. Τα πρώτα κύτταρα perovskite που ξεπερνούν την απόδοση 20% χρησιμοποίησαν ένα σύστημα μικτών οργανικών κατιόντων, και πολλά από τα συστήματα υψηλότερης απόδοσης που δημοσιεύθηκαν πρόσφατα χρησιμοποιούν ανόργανες συνιστώσες. Η κίνηση προς υδροφοβικά, UV-σταθερά διεπιφανειακά στρώματα έχει επίσης βελτιώσει τη σταθερότητα - για παράδειγμα αντικαθιστώντας το TiO2 , το οποίο είναι επιρρεπές στην αποικοδόμηση με υπεριώδη ακτινοβολία, με SnO 2 Σταθερότητα έχει επίσης βελτιωθεί με τη χρήση επιφανειακής παθητικοποίησης και συνδυάζοντας 2D-στρώσεις (Ruddlesden-Popper) perovskites (που δείχνουν καλύτερη εγγενή σταθερότητα, αλλά φτωχότερη απόδοση) με συμβατικούς 3D perovskites. Αυτές οι προσπάθειες (μαζί με παράγοντες όπως η καλύτερη ενσωμάτωση) έχουν βελτιώσει σημαντικά τη σταθερότητα των perovskites από την αρχική εισαγωγή τους και οι ζωές τους βρίσκονται σε καλό δρόμο για την τήρηση των βιομηχανικών προτύπων - με πρόσφατες εργασίες που δείχνουν κύτταρα ικανά να αντέξουν σε δοκιμή 1000 ωρών υγρής θερμότητας. Για μια πιο εμπεριστατωμένη συζήτηση των μεθόδων για τη βελτίωση της σταθερότητας του perovskite , ανατρέξτε στον οδηγό της Ossila.
Ο συμβατικός περνοβσκίτης 3D (αριστερά) σε σύγκριση με μια γενική δομή 2D perovskite (δεξιά).
Ένα άλλο θέμα που πρέπει να εξεταστεί πλήρως είναι η χρήση μολύβδου σε ενώσεις περοβσκίτη. Αν και χρησιμοποιείται σε πολύ μικρότερες ποσότητες από αυτές που υπάρχουν σήμερα είτε σε μπαταρίες με βάση το μόλυβδο είτε με βάση το κάδμιο, η παρουσία μολύβδου σε προϊόντα για εμπορική χρήση είναι προβληματική. Ακόμη εξακολουθούν να υπάρχουν ανησυχίες σχετικά με την έκθεση σε τοξικές ενώσεις μολύβδου (μέσω της έκπλυσης του perovskite στο περιβάλλον) και ορισμένες μελέτες έχουν δείξει ότι η εφαρμογή μεγάλων ποσοτήτων περοβσκίτη θα απαιτούσε πλήρη συγκράτηση των προϊόντων αποικοδόμησης. Αντίθετα, άλλες εκτιμήσεις κύκλου ζωής έχουν διαπιστώσει ότι η επίδραση τοξικότητας του μολύβδου είναι αμελητέα σε σύγκριση με άλλα υλικά του κυττάρου (όπως η κάθοδος).
Υπάρχει επίσης η δυνατότητα εναλλακτικής χρήσης μολύβδου σε ηλιακά κύτταρα perovskite (όπως perovskites με βάση το κασσίτερο), αλλά η αποδοτικότητα μετατροπής ισχύος τέτοιων συσκευών εξακολουθεί να βρίσκεται σημαντικά πίσω από τις συσκευές που βασίζονται σε μόλυβδο, με το ρεκόρ για έναν perovskite με βάση το κασσίτερο που σήμερα ανέρχεται σε 9,0%. Ορισμένες μελέτες κατέληξαν επίσης στο συμπέρασμα ότι ο κασσίτερος μπορεί στην πραγματικότητα να έχει υψηλότερη περιβαλλοντική τοξικότητα από ό, και άλλες λιγότερο τοξικές εναλλακτικές λύσεις.
Ένα άλλο σημαντικό ζήτημα όσον αφορά την απόδοση είναι η υστέρηση τρέχουσας τάσης που παρατηρείται συνήθως στις συσκευές. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την υστέρηση είναι ακόμα υπό συζήτηση, αλλά συνηθέστερα αποδίδονται στην μετακίνηση ιόντων κινητής σε συνδυασμό με υψηλά επίπεδα ανασυνδυασμού. Μέθοδοι για τη μείωση της υστέρησης περιλαμβάνουν ποικίλη κυτταρική αρχιτεκτονική, επιφανειακή παθητικοποίηση και αυξημένη περιεκτικότητα σε ιωδιούχο μόλυβδο, καθώς και γενικές στρατηγικές για τη μείωση του ανασυνδυασμού.
Μια προσέγγιση της υστέρησης της τρέχουσας τάσης που συχνά συναντάμε στα ηλιακά κύτταρα του perovskite.
Προκειμένου να ενεργοποιηθεί ένα πραγματικά χαμηλό κόστος ανά ηλεκτρικό ρεύμα, τα φωτοβολταϊκά κύτταρα perovskite πρέπει να έχουν επιτύχει το πολυαναμενόμενο τρίο της υψηλής απόδοσης, μακράς διάρκειας ζωής και χαμηλού κόστους κατασκευής. Αυτό δεν έχει ακόμη επιτευχθεί για άλλες τεχνολογίες λεπτού υμενίου, αλλά οι συσκευές με βάση το perovskite παρουσιάζουν επί του παρόντος τεράστιες δυνατότητες για την επίτευξη αυτού του στόχου.
Κατασκευή και μέτρηση των ηλιακών κυψελών Perovskite
Αν και οι περνοσκίτες προέρχονται από έναν φαινομενικά διαφορετικό κόσμο κρυσταλλογραφίας, μπορούν να ενσωματωθούν πολύ εύκολα σε μια τυπική αρχιτεκτονική OPV (ή άλλη λεπτή μεμβράνη). Τα πρώτα ηλιακά κύτταρα του perovskite βασίστηκαν σε ηλιακά κύτταρα ευαισθητοποιημένα σε βαφή στερεάς κατάστασης (DSSCs) και έτσι χρησιμοποιήθηκαν ένα μεσοπορώδες ικρίωμα TiO 2 . Πολλά κύτταρα από τότε ακολούθησαν αυτό το πρότυπο ή χρησιμοποίησαν ένα ικρίωμα Al2O3 σε μια αρχιτεκτονική με μεσο-υπερδομή, αλλά τα βήματα υψηλής θερμοκρασίας που απαιτούνται για την κατασκευή και η αστάθεια του TiO 2 από την υπεριώδη ακτινοβολία οδήγησαν στην εισαγωγή μιας 'επίπεδης' αρχιτεκτονικής παρόμοιας σε άλλα κύτταρα λεπτής μεμβράνης. Μετά από αρκετά χρόνια καθυστέρησης πίσω από μεσοπορώδη κύτταρα από την άποψη της αποτελεσματικότητας, οι επίπεδες περνοσκίτες είναι πλέον σχεδόν εξίσου αποτελεσματικοί.
Γενικές δομές συμβατικών / ανεστραμμένων επίπεδων και μεσοπόρων (συμβατικών) κυττάρων περοβσκίτη.
Η ίδια η ταινία περοβσκίτη τυπικά υφίσταται επεξεργασία είτε με μεθόδους κενού είτε με διάλυμα. Η ποιότητα του φιλμ είναι πολύ σημαντική. Αρχικά, οι μεμβράνες που έχουν υποβληθεί σε κενού έδωσαν τις καλύτερες συσκευές, αλλά αυτή η διαδικασία απαιτεί την ταυτόχρονη εξάτμιση του οργανικού (μεθυλαμμωνίου) συστατικού ταυτόχρονα με τα ανόργανα συστατικά (αλογονούχο μόλυβδο), απαιτώντας ειδικούς θαλάμους εξάτμισης που δεν είναι διαθέσιμοι σε πολλούς ερευνητές . Ως αποτέλεσμα, έχουν καταβληθεί σημαντικές προσπάθειες για τη βελτίωση των συσκευών που έχουν υποστεί επεξεργασία με διαλύτες, καθώς αυτές είναι απλούστερες και επιτρέπουν την επεξεργασία σε χαμηλές θερμοκρασίες και αυτές είναι τώρα ίσες με κύτταρα που έχουν υποβληθεί σε κενού από την άποψη της απόδοσης.
Τυπικά, το ενεργό στρώμα ενός ηλιακού κυττάρου περοβσκίτη αποτίθεται είτε με μια διαδικασία είτε με δύο βήματα. Στη διαδικασία ενός σταδίου, επικαλύπτεται ένα πρόδρομο διάλυμα (όπως ένα μείγμα CH3NH3I και PbI2) το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται στην ταινία περοβσκίτη κατά τη θέρμανση. Μία παραλλαγή σ 'αυτό είναι η μέθοδος «αντιδιαλύτη», στην οποία το πρόδρομο διάλυμα επικαλύπτεται σε έναν πολικό διαλύτη και έπειτα σβήνεται κατά την διάρκεια της διεργασίας επικαλύψεως με περιδίνηση με έναν μη πολικό διαλύτη. Απαιτούνται ακριβείς χρόνοι απόσβεσης και όγκοι των διαλυτών σβέσης για την επίτευξη της βέλτιστης απόδοσης. Για να βοηθήσουμε με αυτό, δημιουργήσαμε την αντλία σύριγγας Ossila , η οποία μας επέτρεψε να χρησιμοποιήσουμε αυτή τη διαδικασία σβέσης για να ωθήσουμε τις τιμές ενεργειακής μετατροπής στο σπίτι πάνω από 16%.
Στη διεργασία δύο σταδίων, το αλογονίδιο μετάλλου (όπως το PbI2) και τα οργανικά συστατικά (όπως το CH3NH3I) επικαλύπτονται με περιστροφή σε χωριστές, μετέπειτα μεμβράνες. Εναλλακτικά, οι μεμβράνες αλογονιδίων μετάλλων μπορούν να επικαλυφθούν και να αναδιαρθρωθούν σε θάλαμο γεμάτο με ατμό οργανικού συστατικού, γνωστό ως «διαδικασία διαλύματος υποβοηθούμενης από κενό» (VASP).
Μια προσέγγιση της μεθόδου απόσβεσης αντι-διαλύτη που χρησιμοποιείται συχνά για την επικάλυψη περοβσκίτη σε μια διαδικασία ενός σταδίου από ένα πρόδρομο διάλυμα.
Οι περισσότεροι σύγχρονες περοβσκίτες βασίζονται σε μία διαφανή αγώγιμη δομή οξειδίου / ETL / Perovskite / HTL / μετάλλου, όπου οι ETL και HTL αναφέρονται σε στρώματα μεταφοράς ηλεκτρονίων και οπές μεταφοράς αντιστοίχως. Τυπικά στρώματα μεταφοράς οπών περιλαμβάνουν Spiro-OMeTAD ή PEDOT: PSS και τυπικά στρώματα μεταφοράς ηλεκτρονίων περιλαμβάνουν Ti02 ή Sn02. Η κατανόηση και η βελτιστοποίηση των ενεργειακών επιπέδων και των αλληλεπιδράσεων των διαφόρων υλικών σε αυτές τις διεπαφές προσφέρει έναν πολύ συναρπαστικό χώρο έρευνας, ο οποίος βρίσκεται ακόμη υπό συζήτηση.
Τα κυριότερα ζητήματα για την κατασκευή πρακτικών συσκευών των φωτοβολταϊκών κυψελών perovskite είναι η ποιότητα και το πάχος του φιλμ. Το στρώμα φωτοσύνθεσης (ενεργό) περοβσκίτη πρέπει να έχει πάχος αρκετών εκατοντάδων νανόμετρων - αρκετές φορές περισσότερο από ό, τι για τις σταθερές οργανικές φωτοβολταικές , και η δημιουργία τέτοιων παχών στρωμάτων με υψηλή ομοιομορφία μπορεί να είναι δύσκολη. Εκτός εάν οι συνθήκες απόθεσης και η θερμοκρασία ανόπτησης βελτιστοποιηθούν, σχηματίζονται ακατέργαστες επιφάνειες με ελλιπή κάλυψη. Ακόμη και με καλή βελτιστοποίηση, θα παραμείνει ακόμη μια σημαντική τραχύτητα επιφάνειας. Επομένως, απαιτούνται επίσης παχύτερα στρώματα διεπαφών από αυτά που κανονικά θα χρησιμοποιηθούν. Βελτιώσεις στην ποιότητα του φιλμ έχουν επιτευχθεί μέσω μιας ποικιλίας μεθόδων. Μία τέτοια μέθοδος είναι η προσθήκη μικρών ποσοτήτων οξέων, όπως το υδροϊωδικό ή το υδροβρωμικό οξύ, που συζητήθηκε προηγουμένως σε μια θέση σχετικά με την καθαρότητα της διαλυτότητας ΜΑΙ έναντι χλωριούχου μολύβδου ή περίσσεια προδρόμου μολύβδου ιωδιδίου.
Μέσω εκτεταμένων ερευνητικών προσπαθειών, έχουν επιτευχθεί αποτελεσματικότητες άνω του 22% με επίστρωση με περιδίνηση και έχουν επιτευχθεί επίσης υψηλές αποδόσεις χρησιμοποιώντας άλλες τεχνικές επεξεργασίας διαλύματος (όπως επίστρωση με μήτρες ). Αυτό υποδηλώνει ότι η επεξεργασία μεγάλης κλίμακας των περοβσκίτη είναι πολύ εφικτή.
Το μέλλον των Περοβσκητών
Η μελλοντική έρευνα για τα perovskites είναι πιθανό να επικεντρωθεί στη μείωση του ανασυνδυασμού μέσω στρατηγικών όπως η παθητικοποίηση και η μείωση των ελαττωμάτων, καθώς και η αύξηση της αποτελεσματικότητας μέσω της ενσωμάτωσης 2D perovskites και βελτιωμένων υλικών διεπαφής. Τα στρώματα εξαγωγής φορτίου είναι πιθανό να απομακρυνθούν από οργανικά υλικά σε ανόργανα, για να βελτιώσουν την απόδοση και τη σταθερότητα. Η βελτίωση της σταθερότητας και η μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων του μολύβδου είναι πιθανό να συνεχίσουν να είναι σημαντικές περιοχές ενδιαφέροντος.
Ενώ η εμπορευματοποίηση των αυτόνομων ηλιακών κυττάρων perovskite εξακολουθεί να αντιμετωπίζει εμπόδια όσον αφορά την κατασκευή και τη σταθερότητα, η χρήση τους σε παράλληλα κύτταρα c-Si / perovskite προχώρησε ταχέως (με επιτυχία άνω του 25%), και είναι πιθανό ότι οι perovskites θα δουν για πρώτη φορά την αγορά Φ / Β ως μέρος αυτής της δομής. Πέρα από την ηλιακή ακτινοβολία, εξακολουθεί να υπάρχει σημαντική δυνατότητα χρήσης περοβσκίτη σε άλλες εφαρμογές, όπως οι δίοδοι εκπομπής φωτός και τις αντιστατικές μνήμες.
Οδηγός βίντεο παραγωγής Perovskite
Για όσους μόλις ξεκίνησαν την έρευνα perovskite τους, έχουμε δημιουργήσει έναν οδηγό βίντεο που καταδεικνύει την όλη διαδικασία κατασκευής και μέτρησης φωτοβολταϊκών perovskite. Στα δικά μας εργαστήρια έχουμε φτάσει σε απόδοση μεγαλύτερη από 11% χρησιμοποιώντας αυτή τη συγκεκριμένη ρουτίνα κατασκευής. Το παρακάτω βίντεο διαθέτει ένα παλαιότερο, διακοπτόμενο μοντέλο του Ossila Spin Coater - για να δείτε το τρέχον μοντέλο, μπορείτε να επισκεφθείτε τη σελίδα του προϊόντος εδώ .
Προϊόντα Ossila για ηλιακά κύτταρα Perovskite
Η βραβευμένη πλατφόρμα Solar Cell Prototyping της Ossila προσφέρει παραδειγματική επιστημονική εφαρμογή και αντίκτυπο στην έρευνα των ηλιακών κυττάρων. Είναι μια συνεκτική συλλογή υποστρωμάτων, υλικών και εξοπλισμού δοκιμών ως μέρος μιας υψηλής απόδοσης τυπικής αρχιτεκτονικής φωτοβολταϊκής αναφοράς. Επιτρέπει στους ερευνητές να παράγουν υψηλής ποιότητας, πλήρως λειτουργικά ηλιακά κύτταρα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αξιόπιστη γραμμή βάσης.
Ως εαυτούς οι ερευνητές και οι επιστήμονες, καταλαβαίνουμε πόσο χρονοβόρα είναι να κερδίσουμε εμπειρογνωμοσύνη σε όλα τα υλικά, τις διαδικασίες και τις τεχνικές που απαιτούνται για την παραγωγή μιας υψηλής ποιότητας συσκευής - και πώς, παρά τις καλύτερες προσπάθειές σας, μπορεί μερικές φορές να οδηγήσει σε ασυνεπή και μη -αναπαραγώγιμα αποτελέσματα.
Αναπτύξαμε αυτήν την πλατφόρμα με στόχο να σας δώσουμε τη δυνατότητα να επικεντρωθείτε στην έρευνά σας (αντί να σχεδιάζετε / προμηθεύεστε όλα τα δικά σας συστατικά) και να αναπαράγετε μια βασική γραμμή απόδοσης. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα αυτής της πλατφόρμας είναι η παροχή προκατασκευασμένων υποστρωμάτων ITO και εξοπλισμού επεξεργασίας υψηλής απόδοσης - με αποτέλεσμα τη σημαντική αύξηση του ρυθμού παραγωγής για συσκευές ηλιακών κυττάρων - βοηθώντας έτσι να συλλέξετε περισσότερα δεδομένα, πολύ ταχύτερα. Ως εκ τούτου, μπορούν να δοκιμαστούν περισσότεροι τύποι νέων υλικών ή παραλλαγών αρχιτεκτονικής και να συλλεχθούν περισσότερα στατιστικά στοιχεία - εξασφαλίζοντας συνοχή και ακρίβεια.
Στο πιο βασικό επίπεδο, τα περισσότερα ηλιακά κύτταρα που βασίζονται σε περοβσκίτη βασίζονται σε ένα διαφανές, αγώγιμο γυάλινο υπόστρωμα επικαλυμμένο με οξείδιο με εξατμισμένη μεταλλική κάθοδο και άνω εγκλεισμού. Ως εκ τούτου, η υπάρχουσα υποδομή υποστρώματός μας και τα υλικά perovskite χρησιμοποιούνται ήδη σε συσκευές perovskite επεξεργασμένες με υψηλή απόδοση. Το πρότυπο εποξειδικό καψίδιο μας είναι επίσης ιδανικό για την πλαστικοποίηση γυαλιού ή άλλων στρώσεων φραγής - όπως χρησιμοποιείται στο χαρτί Snaith's 2014 Nature.
Το Ossila Spin Coater χρησιμοποιείται συνήθως για την εναπόθεση της διεπαφής και των ενεργών στρωμάτων με υψηλή ακρίβεια και απλή λειτουργία.
Ένας πολύ χρήσιμος σύντροφος στο Spin Coater (που απεικονίζεται παραπάνω) είναι η αντλία σύριγγας Ossila . Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αυτόματη διανομή και σβέση των στρώσεων περοβσκίτη για την παραγωγή ταινιών υψηλής ποιότητας. Οι ακαδημαϊκοί συνάδελφοί μας έχουν επίσης κάνει κάποια συναρπαστική πρόοδο σχετικά με τα επεξεργασμένα με διαλύματα ηλιακά κύτταρα perovskite μέσω επίστρωσης ψεκασμού στα τυποποιημένα υποστρώματα μας. Επιπλέον, τα ηλιακά κύτταρα perovskite χαρακτηρίζονται χρησιμοποιώντας το σύστημα δοκιμών Ossila Solar Cell IV , το οποίο υπολογίζει αυτόματα μετρήσεις συσκευών και μπορεί να πραγματοποιήσει μετρήσεις σταθερότητας.
I101 Περοβσκίτη μελάνι που διατίθεται από την Ossila. Είναι συσκευασμένο ως 10 μεμονωμένα φιαλίδια που περιέχουν 0,5 ml διαλύματος. Αυτό μπορεί να καλύψει έως και 160 υποστρώματα. Το I101 μπορεί επίσης να αγοραστεί χύμα (30 ml), με έκπτωση 25% σε σύγκριση με τα τυποποιημένα μεγέθη παραγγελιών μας.
Τους τελευταίους μήνες έχουμε επίσης συνεργαστεί με τους ακαδημαϊκούς συνεργάτες μας για να φέρνουμε στην αγορά περισσότερα προϊόντα που βασίζονται σε περοβσκίτη, όπως: ιώδιο μεθυλαμμωνίου υψηλής καθαρότητας, βρωμιούχο μεθυλαμμώνιο , ιωδιούχο φορμαμιδίνιο και βρωμιούχο φορμαμιδίνιο. Απελευθερώσαμε επίσης την πρώτη μας σειρά μελάνων perovskite, η πρώτη από τις οποίες είναι η I101 (MAI: PbCl 2 ), έχει σχεδιαστεί για να επεξεργάζεται στον αέρα και έχει αποδείξει αποτελεσματικότητα στα εργαστήριά μας μέχρι 11,7%. Το δεύτερο μας μελάνι, το I201 (MAI: PbCl 2 : PbI 2 ) είναι για να υποστεί επεξεργασία σε ατμόσφαιρα αζώτου και μέχρι στιγμής έχουμε δει αποτελεσματικότητα μέχρι 11,8%. Και τα δύο μελάνια έχουν σχεδιαστεί για να βοηθήσουν τους πελάτες μας να επιτύχουν εξαιρετικά γρήγορα αποτελέσματα όταν ξεκινούν πρώτα με την έρευνα των perovskites τους. Περιλαμβάνουμε βελτιστοποιημένες ρουτίνες επεξεργασίας με τα δύο μελάνια για τη μεγιστοποίηση των αποτελεσμάτων.
