Font: scitechdaily.com
Els científics de materials de la Universitat de la Rice utilitzen ingredients inorgànics per limitar els defectes, per mantenir l’eficiència.
Els científics de la Universitat de la Rice consideren que han superat un gran obstacle perquè les cèl·lules solars basades en la perovskita aconseguissin un ús principal.
La investigadora postdoctoral de la Universitat de Rice, Jia Liang, manté cèl·lules solars perovskites desenvolupades amb tots els materials inorgànics. El control de defectes a les cèl·lules mitjançant l'eliminació de components orgànics els va fer més robusts alhora que mantenen la seva eficiència de conversió d'energia. Crèdit: Jeff Fitlow / Rice University
Mitjançant l’ús estratègic de l’element indium per substituir part del plom de les perovskites, el científic de materials d’arròs, Jun Lou i els seus col·legues de la Brown School of Engineering, asseguren que són més capaços d’enginyar els defectes de les cèl·lules solars iodur de cesi-plom que afecten la bretxa del compost, propietat crítica en l'eficiència de les cèl·lules solars.
Com a avantatge secundari, les cèl·lules recentment formulades del laboratori es poden fer a l’aire lliure i tenen una durada de mesos en lloc de dies amb una eficiència de conversió solar lleugerament superior al 12%.
Els resultats de l’equip de Rice es van publicar a Advanced Materials ahir, 4 de novembre de 2019.
Els perovskites són cristalls amb gelosies cubàliques que es coneixen com a recol·lectores de llum eficients, però els materials solen ser estressats per la llum, la humitat i la calor.
No són les perovskites dels arrossos, va dir Lou.
"Des de la nostra perspectiva, això és una novetat i crec que representa un avenç important", va dir. "Això és diferent de les perovskites tradicionals que parlen des de fa 10 anys: els híbrids inorgànics i orgànics que us proporcionen la màxima eficàcia fins ara, al voltant d'un 25%. Però el problema d’aquest tipus de material és la seva inestabilitat.
"Els enginyers estan desenvolupant capes i coses per protegir aquests materials preciosos i sensibles del medi ambient", va dir Lou. “Però és difícil marcar la diferència amb els materials intrínsecament inestables. Per això ens vam proposar fer alguna cosa diferent. "
Una imatge del microscopi electrònic mostra una secció transversal de la cèl·lula solar perovskita totalment inorgànica desenvolupada a la Universitat de Rice. Des de la part superior, les capes són un elèctrode de carboni, perovskita, òxid de titani, òxid d'estany dopat amb fluor i vidre. La barra d’escala és igual a 500 nanòmetres. Crèdit: Lou Group / Rice University
L’investigador postdoctoral i l’autor principal de l’arròs Jia Liang i el seu equip van construir i provar cèl·lules solars perovskites de cesi inorgànic, plom i iode, les cèl·lules que solen fallar ràpidament a causa dels defectes. Però afegint brom i indi, els investigadors van poder esborrar defectes en el material, augmentant l’eficiència per sobre del 12% i la tensió fins a 1,20 volts.
Com a bonus, el material es va demostrar excepcionalment estable. Les cèl·lules es van preparar en condicions ambientals, mantenint la humitat elevada de Houston i les cèl·lules encapsulades van romandre estables a l'aire durant més de dos mesos, molt millor que els pocs dies que van durar les cèl·lules de iodi-cesi-plom.
Una vista esquemàtica mostra una cèl·lula solar perovskita totalment inorgànica desenvolupada per científics de materials de la Universitat de Rice. Crèdit: Lou Group / Rice University
"La màxima eficiència d'aquest material pot ser d'aproximadament el 20%, i si podem arribar-hi, pot ser un producte comercial", va dir Liang. "Té avantatges sobre les cèl·lules solars basades en silici perquè la síntesi és molt barata, és basada en solucions i és fàcil de dimensionar. Bàsicament, només ho heu estès sobre un substrat, el deixeu assecar i teniu la vostra cèl·lula solar. "
Referència: “Cèl·lules solars perovskites solars inorganiques de gran eficiència de totes les eficàcies de totes les energies inorganiques” de Jia Liang, Xiao Han, Ji-Hui Yang, Boyu Zhang, Qiyi Fang, Jing Zhang, Qing Ai, Meredith M. Ogle, Tanguy Terlier, Angel A. Martí i Jun Lou, 4 de novembre de 2019, Advanced Materials .
DOI: 10.1002 / adma.201903448
Els coautors del treball són Xiao Han de la Universitat Politècnica del Nord-Oest, Xina; Ji-Hui Yang de la Universitat Fudan, Xangai; i estudiants graduats en arròs Boyu Zhang, Qiyi Fang, Meredith Ogle, investigador postdoctoral Jing Zhang, visitant acadèmic Qing Ai, especialista en recerca Tanguy Terlier i Angel Martí, professor associat de química, de bioenginyeria i de ciències de materials i nanoenginyeria. Lou és professor de ciències de materials i nanoenginyeria i de química.
La beca postdoctoral Peter Nan i Ruth L. Nicholas en nanotecnologia, la Fundació Welch, el Consell de beques de la Xina i la Fundació Nacional de la Ciència van recolzar la investigació.
