Slap Sheldonın pili, anladın mı?
Bir fizikçi olan Sheldon, The Big Bang Theory'de "Jeoloji gerçek bilim değildir!"
Ama gerçekte fizik ve jeolojinin birbirinden ayrılamaz olduğu ve zaten birbirine girmiş olduğu söylenebilir. Örnek olarak perovskite alın, aynı zamanda yoğunlaştırılmış madde fiziği ve yer bilimlerinde popüler bir araştırmadır. Magnezyum-perovskit, yeryüzündeki en bol mineraldir ve perovskit kristalleri de fotovoltaik hücrelerin gelişimi için yeni malzemelerdir.
Resim internetten geliyor
Hepimiz bir güneş pilinin ışık enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürebilen bir cihaz olduğunu biliyoruz. Temiz enerji peşinde koşmanın arka planı altında, hatırı sayılır bir endüstriyel ölçek oluşturmuştur. Aslında, güneş pillerinin geliştirme süreci üç aşamadan geçti: esas olarak monokristal silikona dayanan ilk nesil güneş pilleri, ikinci nesil ince film güneş pilleri ve üçüncü nesil, bugün vurgulanacak olan perovskit güneş pilidir.
Perovskit güneş pillerinin insanlar tarafından tercih edilmesinin nedeni, mükemmel ışık soğurma özelliklerine, ayarlanabilir bant aralığına, uzun taşıyıcı ömrüne, yüksek mobiliteye, basit hazırlama işlemine ve diğer avantajlara sahip olmalarıdır ve fotovoltaik alanda önemlidirler. Uygulama umutları.
Resim internetten geliyor
Genel olarak, perovskit güneş pillerinin hazırlanması, katman katman, aşağıdan yukarıya doğru yapılır. Düzlemsel perovskit tabakasının hazırlık sürecinde, perovskit temel malzemesinin perovskitte bulunan elektronlara veya deliklere farklı ekstraksiyon kabiliyetine göre biçimsel ve trans yapılara ayrılır.
Resmi (n-i-p) yapı, şeffaf bir katot üzerinde bir elektron taşıma katmanı, perovskit, delik taşıma katmanı ve anot metali hazırlamaktır. Trans (p-i-n) yapıda, şeffaf bir anot üzerinde sırayla bir delik taşıma katmanı, perovskit, elektron taşıma katmanı ve katot metali hazırlanır.
Güneş pili ışık koşullarında çalıştığında, ışık, biçimsel yapı hücresinin şeffaf katodundan girer. Trans yapıda ışık şeffaf anottan gelir.
Şekil 1 Biçimsel ve trans yapının şematik diyagramı. Metal tabaka opak olduğu için cam tabakadan ışık geliyor.
Şekil 2 Laboratuvarda hazırlanmış bir trans-perovskit pil Ön çubuk metal bir katot ve alt kısmı şeffaf bir anottur.
Şu anda, resmi (n-i-p) düzlemsel yapılı perovskite güneş pilinin en yüksek fotoelektrik dönüşüm verimliliği% 22,7'ye ulaştı. Bununla birlikte, trans (pin) düzlemsel yapılı perovskite güneş pili, daha basit ve daha ucuz hazırlama süreci, düşük sıcaklıkta film oluşumu, belirgin bir histerezis etkisi olmaması ve lamine cihazları hazırlamak için geleneksel güneş hücreleriyle birleştirmeye uygunluğu nedeniyle giderek daha popüler hale gelmektedir. Daha çok dikkat ver.
Bununla birlikte, trans-perovskite piller hala birçok zorlukla karşı karşıyadır: birincisi, fotoelektrik dönüşüm verimliliği hala biraz yetersiz; ikincisi, perovskite güneş pillerinin temel bileşeni olarak organik elektron taşıma katmanı (örneğin: C60, PCBM ve diğer fullerenler ve bunların Türevleri) zayıf termal stabiliteye sahiptir ve MAPbI3'te metal elektrotların difüzyonunu engelleyemez; üçüncü olarak, organik elektron taşıma katmanı pahalıdır.
Bu sorunları çözmek için, Li Xinhua'nın Katı Hal Fiziği Enstitüsü, Hefei Malzeme Bilimi Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi ve Dai Jianming'in araştırma ekibinden araştırma ekibi, organik elektron taşıma katmanı olmayan yeni bir yüksek verimli trans-perovskit güneş pili geliştirdi. Sonuçlar Solar RRL'de yayınlandı ve cari dönemin arka kapağı olarak seçildi.
Araştırmacılar, Şekil 3a'da gösterildiği gibi perovskit güneş pillerinin çok katmanlı bir "sandviç" yapısını tasarlamak için organik elektron taşıma katmanını değiştirmek için metalik titanyum (Ti) kullandılar.
Şekil 3 a: ITO / PTAA / MAPbI3 / Ti / Katot yapısına sahip perovskite cihazının şematik diyagramı; b: Farklı katot metallere sahip perovskite cihazının akım-voltaj diyagramı
Çalışmalar, titanyumun yüksek viskozitesi kullanılarak hazırlanan Ti (10nm) tabakasının, perovskitin yüzeyini tamamen ve uyumlu bir şekilde kaplayabildiğini göstermiştir; bu, elektrot temas direncini azaltmak için yararlıdır ve katot metalinin perovskit cihazında difüzyonunu etkili bir şekilde engelleyebilmektedir. Böylece cihaz yapısının bütünlüğünü ve stabilitesini korumaya yardımcı olur; Öte yandan, Ti ve MAPbI3 arasındaki arayüzde Ti ve metilamin iyonu (MA +), MAPbI3'ün yüzeydeki MA + 'nın buharlaşmasından kaynaklanmasını engelleyebilen bir Ti-N bağı oluşturur. Ortaya çıkan ayrışma, cihazın stabilitesini daha da geliştirir.
Araştırma sonuçları, elektron taşıma katmanı olarak titanyum kullanan farklı üst elektrotlara sahip perovskit hücrelerinin fotoelektrik dönüşüm verimliliğinin, şu anda metal malzeme ile perovskit katmanı arasındaki doğrudan temasla elde edilen% 18.1'e (Şekil 3b) ulaştığını göstermektedir. En yüksek verimlilik, organik elektron taşıma katmanı olarak PCBM (bir fulleren türevi) kullanan geleneksel perovskit güneş pillerinin fotoelektrik dönüşüm verimliliği ile de karşılaştırılabilir.
Dahası, organik elektron taşıma katmanının hazırlama koşulları ile karşılaştırıldığında titanyum katmanının hazırlanması ve maliyeti daha basit ve daha ucuzdur.
Bu araştırma çalışması, elektron taşıma katmanı olarak metallerle verimli perovskit güneş pilleri inşa etmek için yeni fikirler, ucuz perovskit güneş pilleri için yeni girişimler ve ayrıca perovskit güneş pilleri alanında daha fazla metalin uygulanması için yeni fikirler sağlar. Yeni keşif çok önemli bir yol gösterici öneme sahip.
