Исследователи разработали высокостабильный формамидиний

Aug 29, 2023

21 декабря 2022 г.

Центром передового опыта ARC в области экситонной науки

Новый путь к созданию прочных и эффективных перовскитных фотоэлектрических элементов в промышленном масштабе был продемонстрирован благодаря первому эффективному использованию ацетата свинца в качестве прекурсора при изготовлении формамидиний-цезиевых перовскитных солнечных элементов.

Члены Exciton Science из Университета Монаша смогли создать перовскитные солнечные элементы с эффективностью 21%, что является лучшим результатом, когда-либо зарегистрированным для устройства, изготовленного из негалогенидного свинцового источника.

Мини-прототип солнечной панели с этими элементами достиг эффективности 18,8%. Слой перовскита большой площади был изготовлен в окружающей атмосфере с помощью одноэтапного нанесения покрытия на лезвие, что продемонстрировало его потенциальную жизнеспособность для производства в промышленных масштабах.

Испытательные устройства также продемонстрировали высокую термическую стабильность, продолжая работать без потери эффективности после 3300 часов работы при температуре 65°C.

Первый автор Цзе Чжао, доктор философии. Студент Университета Монаш сказал: «Мы смогли использовать ацетат свинца в одностадийном процессе центрифугирования, чтобы получить идеальную, высококачественную тонкую пленку формамидиний-цезиевого перовскита.

«И поскольку нам не нужен антирастворитель, мы можем сделать это с помощью крупномасштабных методов, таких как покрытие лезвий, а это означает, что это жизнеспособно в промышленном масштабе».

Результаты были опубликованы в журнале Energy & Environmental Science.

Автор-корреспондент и коллега из Университета Монаша доктор Вэньсинь Мао сказал: «Подавляющее большинство исследований перовскитных солнечных элементов используют галогениды свинца, особенно йодид свинца.

«Йодид свинца должен иметь чистоту 99,99%, а синтезировать клетки с использованием йодида свинца очень дорого.

«Мы первая группа, которая производит высокостабильные формамидиний-цезиевые перовскитовые солнечные элементы, используя ацетат свинца, а не йодид свинца. Мы предоставили всему исследовательскому сообществу второй способ изготовления высококачественных перовскитных солнечных элементов».

Тонкопленочные солнечные элементы, изготовленные из перовскитов, могут революционизировать сектор солнечной энергетики благодаря их относительно низкой стоимости производства, гибкости и настраиваемой запрещенной зоне по сравнению с кремнием. Однако исследователи изо всех сил пытаются решить проблемы надежности, и им также необходимо найти способ создания устройств в жизнеспособном коммерческом масштабе.

Перовскиты обрабатываются в растворе (изготовляются в жидкости) с использованием множества различных ингредиентов. В большинстве подходов используются галогениды свинца и требуется включение сильных полярных растворителей с высокими температурами кипения и антирастворителей для контроля процесса кристаллизации перовскита. Этот сложный механизм может привести к дефектам тонких пленок, что приведет к быстрой потере эффективности полученного устройства. Это также трудно контролировать.

Химическое соединение ацетат свинца стало многообещающим альтернативным предшественником, поскольку оно может создавать сверхгладкие тонкие пленки с меньшим количеством дефектов. До сих пор ацетат свинца использовался только для изготовления перовскитов на основе метиламмония или цезия, которые относительно нестабильны и не подходят для реального применения.

Лучшим кандидатом для коммерческого использования являются перовскиты, изготовленные с использованием формамидиния и цезия, благодаря их превосходной стабильности. Предыдущие попытки синтезировать их с использованием ацетата свинца в качестве прекурсора не увенчались успехом. Чтобы исследовать и решить эту проблему, исследователи вместе со своими сотрудниками из Уханьского технологического университета в Китае изучили основные молекулярные механизмы.

С помощью рентгеновской дифракции и спектроскопии ядерного магнитного резонанса они определили необходимость использования аммония в качестве летучего катиона (положительно заряженного иона) на критической стадии.

Соавтор, доктор Себастьян Фюрер, сказал: «Присутствие аммония способствовало удалению остаточного ацетата во время отжига без образования нежелательных побочных продуктов».