A kutatók rekord stabilitást értek el a perovskit napelem modul fény-, hő- és UV-terhelés mellett

Egy nemzetközi kutatócsoport rekordméretű perovszkit napelem-modul stabilitást ért el fény-, hő- és UV-terhelés mellett egy kémiai -vezérelt passzivációs technológiával, amely iparági-kompatibilis. Figyelemre méltó, hogy egy 48 cm2-es demonstrációs modul 5000 órás 1 napfényben áztatás és maximális teljesítménypont (MPP) után megtartotta kezdeti hatékonyságának körülbelül 95%-át.

"A munka kulcsfontosságú újdonsága a két-dimenziós (2D) perovszkitokra vonatkozó ko-kristálymérnöki stratégia bevezetése, amely semleges molekulákon alapul, nem pedig hagyományos ionos, nagyméretű kationokon" - mondta Narges Yaghoobi Nia, a megfelelő szerző a pv magazinnak, hozzátéve, hogy a tanulmány kimutatta, hogy a semleges triazin, mint az ismert triazin ({{3}) „koformerekként működnek, hogy ioncsere helyett intermolekuláris kölcsönhatások révén sztöchiometrikus 2D perovszkit ko-kristályfázissá álljanak össze”.

A kutatók megállapították, hogy a BGA szelektíven passziválja mind a halogenid, mind a kationos üresedéseket perovszkit kompozit vékonyrétegekben azáltal, hogy "erős Lewis-adduktokat és intermolekuláris kötéseket képez", többfunkciós szerként működik.

"Ezek a BGA{0}}alapú 2D perovszkit filmek hatékonyan blokkolják az ionok vándorlását és az illékony MA+ kationok gázkibocsátását hosszan tartó környezeti megvilágítás mellett" - mondták a kutatók, hozzátéve, hogy a stabil 2D perovszkit fázis nem változtatta meg az eredeti 3D perovszkit sztöchiometriát.

A Yaghoobi Nia szerint az is újszerű volt, hogy nem -poláris, ipari-kompatibilis oldószereket használtak a 3D réteg károsodásának elkerülésére.

A kezelt filmek optimalizált perovszkit napelemekben való bemutatása több mint 95%-os hatékonyságot eredményezett 5000 órás 1 napfényben áztatás és MPP körülmények között. A termikus igénybevételtesztek során a céleszköz 91% feletti hatékonyságot tartott 5000 óra 85 °C-on, és több mint 98% hatékonyságú 1000 órás folyamatos UV-sugárzás és MPP-követés alatt légköri körülmények között.

A kutatók akár 48 cm²-es aktív területtel rendelkező modulokat is készítettek, amelyek 18,5%-os teljesítményátalakítási hatásfokkal és az IEC/ISOS kereskedelmi követelményeit meghaladó stabilitási szinttel rendelkeznek. A kis-felületű napelemek 23,4%-os hatásfokkal rendelkeztek.

"Ko-kristályos tervezési módszerünk a hatékonyság és a stabilitás egyértelmű javulását mutatja a korábban publikált eredményekhez képest" - jegyezték meg a kutatók. "Ezek a fejlesztések együttesen közvetlenül felszámolják a perovszkit kereskedelmi forgalomba hozatalának egyik utolsó fő akadályát: a modulok hosszú távú stabilitását reális működési feltételek mellett" - mondta Yaghoobi Nia.

Ami a gyárthatóságot illeti, a ko-kristálygyártási folyamatot úgy tervezték meg, hogy kompatibilis legyen a meglévő perovszkitgyártási munkafolyamatokkal.

"A folyamat szempontjából ez egyetlen további leválasztási lépés egy szabványos 3D perovszkit réteg tetején" - magyarázta Yaghoobi Nia, hozzátéve, hogy nem igényel bonyolult szintézist, magas hőmérsékletű feldolgozást, vákuumlépéseket vagy új tőkeigényes eszközöket. "Ez csökkenti a technológiatranszfer akadályait a meglévő fotovoltaikus gyártósorokhoz" - jegyezte meg.

A 2D ko-kristályréteget egy nem-poláros oldószer oldatos lerakódása, majd enyhe hőkezelés követi. "Fontos, hogy a komplexitás inkább kémiai, mint technológiai. Az innováció a molekuláris tervezésben és a határfelületi kémiában rejlik, nem pedig a hozzáadott gyártási lépésekben. Ez a megközelítést rendkívül vonzóvá teszi a méretarányos-és ipari alkalmazáshoz" - hangsúlyozta Yaghoobi Nia.

A kutatást az Iritaly Trading Company és az École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) csapata vezette, valamint a Római Tor Vergata Egyetem, az Argonne Nemzeti Laboratórium Anyagszerkezeti Intézetének kutatói, az olaszországi -székhelyű Greatcell Solar.

A kutatók úgy értékelték, hogy a BGA-val végzett munka egy "úttörő vegyület az egyedi ko{0}}alacsony{1}}dimenziós perovszkit fázisok létrehozásához nem-poláris oldószerek felhasználásával, ami rendkívül hatékony és stabil perovszkit eszközöket eredményez".

Ezt a Nature Energy folyóiratban közzétett „Két-perovszkit-fázis ko-a perovszkit-fázishoz, jobb hatékonysággal és stabilitással” részletezi.