นักวิจัยบรรลุสถิติความเสถียรของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite ภายใต้แสง ความร้อน และความเครียดจากรังสียูวี

ทีมวิจัยนานาชาติประสบความสำเร็จเป็นประวัติการณ์ด้านความเสถียรของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์เพอร์รอฟสไกต์ภายใต้แสง ความร้อน และความเครียดจากรังสียูวีด้วยเทคโนโลยีการสร้างฟิล์มที่ขับเคลื่อนด้วยเคมี-ซึ่งเข้ากันได้กับ-อุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โมดูลสาธิตขนาด 48 ซม.2 สามารถรักษาประสิทธิภาพเริ่มต้นไว้ได้ประมาณ 95% หลังจากการแช่แสง 1 อาทิตย์เป็นเวลา 5,000 ชั่วโมงและจุดกำลังสูงสุด (MPP)

"ความแปลกใหม่ที่สำคัญของงานนี้คือการแนะนำ-กลยุทธ์ทางวิศวกรรมคริสตัลร่วมสำหรับเพอร์รอฟสกีต์สอง-มิติ (2D) โดยอาศัยโมเลกุลที่เป็นกลาง แทนที่จะเป็นไอออนบวกขนาดใหญ่แบบไอออนิกทั่วไป" ผู้เขียน Narges Yaghoobi Nia ผู้เขียนที่เกี่ยวข้องกล่าวกับนิตยสาร pv โดยเสริมว่าการศึกษาแสดงให้เห็นว่าโมเลกุลที่มีไตรอาซีน- ที่เป็นกลาง- ซึ่งรู้จักกันในชื่อเบนโซกัวอามีน (BGA) สามารถทำหน้าที่เป็น "ผู้ร่วมสร้างเพื่อประกอบเป็นปริมาณสารสัมพันธ์ 2D เพอร์รอฟสไกต์ร่วม-เฟสคริสตัลผ่านอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลแทนการแลกเปลี่ยนไอออน"

นักวิจัยระบุว่า BGA คัดเลือกตำแหน่งว่างทั้งเฮไลด์และประจุบวกในฟิล์มบางคอมโพสิต perovskite โดย "สร้าง Lewis adducts และพันธะระหว่างโมเลกุลที่แข็งแกร่ง" ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวแทนมัลติฟังก์ชั่น

"ฟิล์มเพอร์รอฟสไกต์ 2 มิติที่ใช้ BGA- เหล่านี้ขัดขวางการอพยพของไอออนและการปล่อยก๊าซไอออนบวกของ MA+ ที่ระเหยออกไปได้อย่างมีประสิทธิภาพภายใต้การส่องสว่างโดยรอบเป็นเวลานาน" นักวิจัยกล่าว พร้อมเสริมว่าเฟสเพอร์รอฟสไกต์ 2 มิติที่เสถียรไม่ได้เปลี่ยนแปลงปริมาณสัมพันธ์ของเพอร์รอฟสไกต์ 3 มิติดั้งเดิม

การใช้ตัวทำละลายที่ไม่เข้ากันกับ-ขั้วและอุตสาหกรรม-นั้นเป็นเรื่องแปลกใหม่ เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อเลเยอร์ 3 มิติ ตามที่ Yaghoobi Nia กล่าว

การสาธิตฟิล์มที่ผ่านการบำบัดในเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ที่ได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพ ส่งผลให้สามารถรักษาประสิทธิภาพได้มากกว่า 95% หลังจากการแช่แสง 1 อาทิตย์และสภาวะ MPP เป็นเวลา 5,000 ชั่วโมง ภายใต้การทดสอบความเครียดจากความร้อน อุปกรณ์เป้าหมายมีการรักษาประสิทธิภาพมากกว่า 91% หลังจาก 5,000 ชั่วโมงที่ 85 C และการรักษาประสิทธิภาพมากกว่า 98% ภายใต้การสัมผัสรังสียูวีอย่างต่อเนื่อง 1,000 ชั่วโมงและการติดตาม MPP ที่สภาพบรรยากาศ

นอกจากนี้ นักวิจัยยังได้ประดิษฐ์โมดูลที่มีพื้นที่ใช้งานสูงสุด 48 ตร.ซม. ซึ่งมีประสิทธิภาพในการแปลงพลังงาน 18.5% และระดับความเสถียรอยู่นอกเหนือข้อกำหนดเชิงพาณิชย์ของ IEC/ISOS เซลล์แสงอาทิตย์ในพื้นที่ขนาดเล็ก-มีประสิทธิภาพ 23.4%

"วิธีการทางวิศวกรรมคริสตัลร่วมของเรา-แสดงให้เห็นการปรับปรุงที่ชัดเจนทั้งในด้านประสิทธิภาพและความเสถียร เมื่อเทียบกับผลลัพธ์ที่เผยแพร่ก่อนหน้านี้" นักวิจัยตั้งข้อสังเกต "ความก้าวหน้าเหล่านี้ร่วมกันแก้ไขอุปสรรคสำคัญประการสุดท้ายในการจำหน่าย perovskite ได้โดยตรง นั่นคือความเสถียรของโมดูลระยะยาว-ภายใต้สภาพการทำงานที่สมจริง" Yaghoobi Nia กล่าว

ในด้านความสามารถในการผลิต กระบวนการทางวิศวกรรมคริสตัลร่วม-ได้รับการออกแบบให้เข้ากันได้กับขั้นตอนการผลิตเพอร์รอฟสไกต์ที่มีอยู่

"จากมุมมองของกระบวนการ มันเป็นขั้นตอนการสะสมเพิ่มเติมขั้นตอนเดียวบนชั้นเปอร์รอฟสไกต์ 3 มิติมาตรฐาน" Yaghoobi Nia อธิบาย โดยเสริมว่าไม่ต้องการการสังเคราะห์ที่ซับซ้อน การประมวลผลที่อุณหภูมิสูง- ขั้นตอนสุญญากาศ หรือเครื่องมือที่ต้องใช้ทุนสูง-ใหม่ "สิ่งนี้ช่วยลดอุปสรรคในการถ่ายทอดเทคโนโลยีไปยังสายการผลิต PV ที่มีอยู่" เธอกล่าว

ชั้นคริสตัลร่วม 2 มิติ-เกิดขึ้นจากการสะสมของสารละลายจากตัวทำละลายที่ไม่มีขั้ว- ตามด้วยการอบอ่อนด้วยความร้อนเล็กน้อย "สิ่งสำคัญคือ ความซับซ้อนเป็นเรื่องทางเคมีมากกว่าเทคโนโลยี นวัตกรรมอยู่ที่การออกแบบโมเลกุลและเคมีระหว่างพื้นผิว ไม่ใช่ในขั้นตอนการผลิตเพิ่มเติม ซึ่งทำให้แนวทางนี้มีความน่าสนใจอย่างมากสำหรับการขยายขนาด-และการนำไปใช้ในอุตสาหกรรม" Yaghoobi Nia เน้นย้ำ

การวิจัยนำโดยทีมงานจาก Iritaly Trading Company และ École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ร่วมกับนักวิจัยจาก University of Rome Tor Vergata, Institute of Structure of Matter, Argonne National Laboratory, Italy-โดย Greatcell Solar

นักวิจัยประเมินการทำงานร่วมกับ BGA ในฐานะตัวแทน "สารประกอบที่ก้าวล้ำในการทำให้เกิดเฟสเพอร์รอฟสไกต์แบบ-คริสตัลต่ำ-ที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว โดยใช้ตัวทำละลายที่ไม่มีขั้ว- ซึ่งนำไปสู่อุปกรณ์เพอร์รอฟสไกต์ที่มีประสิทธิภาพสูงและมีเสถียรภาพ"

มีรายละเอียดอยู่ใน "วิศวกรรมคริสตัลร่วม-ของเฟสเพอร์รอฟสไกต์สอง-มิติสำหรับโมดูลแสงอาทิตย์เพอร์รอฟสไกต์ที่มีประสิทธิภาพและเสถียรภาพที่ดีขึ้น" ซึ่งตีพิมพ์ใน Nature Energy