Gündem

Hızlı ve temiz bir şekilde yapılan güneş pilleri için yük taşıyan filmler

0

Yeni nesil güneş pilleri, metal halid perovskit adı verilen malzemelere dayanabilir. Bu tür cihazlar ucuzdur, bileşenlerinin çözeltilerinden kolayca üretilebilir ve ışığı yüksek verimlilikle elektriğe dönüştürebilir (son teknoloji cihazlar için yaklaşık %25.5).1). Perovskite güneş pilleri, yüksek güç dönüştürme verimliliği elde etmek için gerekli olan bir organik yarı iletken film içerir. Ancak bu filmlerin hazırlanmasında doping adımı olarak bilinen kilit bir süreç, tipik olarak saatler sürer ve güneş pili performansını ciddi şekilde düşüren yan ürünler üretir.2. yazmak Doğa, Kongo ve diğerleri.3 Bu sorunları çözebilecek, potansiyel olarak perovskite güneş pillerinin ticarileştirilmesinin önündeki bir engeli aşabilecek bir doping tekniği rapor edin.

Doping (katışıklıkların kasıtlı olarak eklenmesi) organik yarı iletkenlerin elektronik özelliklerini değiştirebilir. Bu etkinin keşfi, günümüz toplumunu saran çok sayıda elektronik cihazın gelişiminin temelini attı.4. Perovskite güneş pillerinde, deliklerin taşınmasını kolaylaştırmak için katkılı organik yarı iletkenler kullanılır – hücrelerin güç üretme mekanizmasının bir parçası olarak üretilen pozitif yüklü yarı parçacıklar. 2,2′,7,7′-tetrakis (N,N-nın-nin-p-metoksifenilamino)-9,9′-spirobifloren (spiro-OMeTAD), bu tür cihazlarda en yaygın olarak kullanılan delik taşıma katmanlarından (HTL’ler) biridir.

Spiro-OMeTAD HTL’lerine doping yapmak için geleneksel yaklaşım, oksijen gazı (OMeTAD) ile kombinasyon halinde lityum bis(triflorometilsülfonil)imid (LiTFSI) adı verilen bir bileşik kullanmaktır.2). Bu işlemde, önceden hazırlanmış bir spiro-OMeTAD filmi ultraviyole ışıkla ışınlanır ve LiTFSI yardımıyla ortam havasındaki oksijenle oksitlenir (Şekil 1a)5. Oksitlenmiş ürün, delik taşınmasını sağlayan katkı maddesi görevi görür. Filmde yan ürün olarak lityum oksitler de kalır. Bu doping tekniği kullanılarak yapılan birçok perovskite güneş pili, rekor kıran güç dönüştürme verimliliği elde etti.6.

Şekil 1

Şekil 1 | Organik yarı iletkenler için doping stratejileri. Perovskit güneş pillerinde kullanım için, spiro-OMeTAD gibi organik yarı iletkenler, yük taşıma özelliklerini geliştirmek için ‘katkılı’ olmalıdır. bir, Geleneksel doping işleminde, lityum bileşiği LiTFSI içeren bir spiro-OMeTAD filmi ultraviyole ışıkla ışınlanır ve havaya maruz bırakılır. Oksijen filme girer ve LiTFSI’nin yardımıyla bazı spiro-OMeTAD moleküllerini oksitler. İşlem saatler sürer ve ortaya çıkan katkılı film, zamanla güneş pillerinin performansını düşüren lityum bileşikleri içerir. b, Kongo ve diğerleri3 bunun yerine, bazı spiro-OMeTAD moleküllerini oksitlemek için bir dakika boyunca UV ışığı altında bir spiro-OMeTAD ve LiTFSI çözeltisinden karbondioksit köpürtün. Yan ürün, lityum karbonat, çözeltiden çökelir ve süzülür. Çözelti, daha sonra, üretilen filmlerden daha küçük miktarlarda lityum bileşikleri içeren katkılı filmi yapmak için kullanılır. birve bu nedenle daha kararlıdır.

Bununla birlikte, süreç, oksijenin filme yavaş girmesine ve bunun ardından, ortam koşullarına bağlı olarak genellikle birkaç saat ile bir gün arasında süren difüzyonuna bağlıdır. Ayrıca, lityum oksit yan ürünleri, nihai güneş pillerinin stabilitesini azaltır.7, çünkü oksitteki lityum iyonları kendilerini cihazın perovskite tabakasına (cihazın yük taşıyıcıları üretmek için ışığı emen ‘aktif’ tabakası) yerleştirir.8. Alternatif doping stratejileri9 ve katkı maddesi içermeyen HTL malzemeleri10 bu eksikliklerin üstesinden gelmek için geliştirildi, ancak ortaya çıkan güneş pillerinin hiçbiri en iyi perovskit güneş pillerinin güç dönüştürme verimliliğiyle eşleşmedi. Bu nedenle geleneksel doping yöntemi, yüksek güç dönüştürme verimlilikleri için bir gereklilik gibi görünüyordu.

Kong ve meslektaşlarının yeniliği, UV ışığı altında çözeltideki yarı iletken ve LiTFSI karışımından karbondioksit köpürterek, film haline getirilmeden önce spiro-OMeTAD’ı katıştırmaktır (Şekil 1b). UV ışığı yarı iletkeni uyarır, bunun üzerine CO2 onu oksitleyerek yan ürün olarak süzülerek uzaklaştırılabilen bir lityum karbonat çökeltisi oluşturur. Filtrelenmiş çözelti daha sonra, katkısız spiro-OMeTAD’ınkinden yaklaşık 100 kat daha yüksek ve geleneksel doping yöntemi kullanılarak yapılan HTL’lerden yaklaşık 3 kat daha yüksek iletkenliğe sahip bir HTL yapmak için kullanılır.

Yazarlar, CO kullanılarak yapılan perovskit güneş pillerinin2-oksitlenmiş spiro-OMeTAD, katkılı olmayan veya geleneksel katkılı spiro-OMeTAD kullanılarak üretilen cihazlardan daha yüksek güç dönüştürme verimliliğine sahiptir. Daha da önemlisi, CO2 kabarcıklanma, doping süresini sadece bir dakikaya düşürür. Bu kadar kısa bir doping süresine sahip olmak, perovskit güneş pillerinin ticari üretimi için gerekli olacaktır.

Lityum karbonat yan ürünü süzülerek ayrıldığından, elde edilen HTL’deki lityum iyonlarının yoğunluğu, geleneksel doping kullanılarak yapılan HTL’lerdekinden daha düşüktür. Kongo ve diğerleri. yöntemleri kullanılarak hazırlanan güneş pillerinin, HTL’deki daha küçük lityum miktarıyla tutarlı olarak, geleneksel doping kullanılarak hazırlanan kontrol cihazlarından çok daha kararlı olduğunu göstermektedir. Yazarların güneş pilleri, 500 saatlik sürekli çalışmadan sonra ilk güç dönüştürme verimlerinin yaklaşık %80’ini korurken, kontrol cihazlarının verimliliği sadece 6 saat sonra hızla %75’in altına düşer.

Daha da heyecan verici bir şekilde, Kong ve meslektaşları CO’larının2-kabarcıklanma yöntemi, spiro-OMeTAD gibi küçük moleküllü organik yarı iletkenlerle sınırlı değildir – çok çeşitli polimerik organik yarı iletkenlerin (LiTFSI ile karıştırılmış) iletkenliği, polimer-LiTFSI filmlerinkinden 2 ila 100 kat daha fazladır. CO2. Elde edilen katkılı polimerik HTL’ler kullanılarak yapılan perovskit güneş pillerinin güç dönüştürme verimliliği de önemli ölçüde arttırılmıştır.

Perovskite güneş pilleri büyük umut vaat ediyor ve önümüzdeki birkaç yıl içinde endüstriyel uygulamalar bulma potansiyeline sahip. Ancak, öncelikle uzun vadeli kararlılığa sahip cihazlar üreten seri üretim yöntemleri geliştirilmelidir. Bu, performansı düşüren tüm bileşiklerin üretim sırasında HTL’lerden titizlikle çıkarılması gerektiği anlamına gelir. Kong ve meslektaşlarının çalışması, potansiyel olarak ölçeklenebilir doping yöntemleri kullanılarak stabiliteyi düşüren bileşiklerin çıkarılmasının uygulanabilirliğini gösterdiği için önemlidir. Bu nedenle, yazarların cihazlarının güç dönüştürme verimliliği ve kararlılığı alanında en iyisi olmasa da, yeni bulgular, organik yarı iletkenlerin temiz filmlerini hızla üretmek için diğer gelişmiş doping stratejilerinin geliştirilmesine ilham verecek ve böylece ticarileştirme hızını hızlandıracaktır. perovskite güneş pilleri.

Rekabetçi İlgi Alanları

Yazarlar rakip çıkarlar beyan etmez.

Profesör

Kirlenme nedeniyle izomer tükenmesinin olası fazla tahmini

Previous article

Galaksimizde en güçlü hızlandırıcıları avlamak

Next article

You may also like

Comments

Comments are closed.

More in Gündem