Źródło: pv-magazine
Międzynarodowy zespół naukowców pod przewodnictwem Juliana Steele'a z belgijskiego Uniwersytetu KU Leuven twierdzi, że opracował proces poprawy stabilności termicznej jednego z najbardziej obiecujących materiałów perowskitowych do zastosowań PV: CsPbI3.
„Jedną z największych przeszkód w komercyjnym wdrażaniu ogniw słonecznych perowskitowych jest ich niestabilność”, powiedział Steele. „Koszt ich składników jest niski, ich wydajność gwałtownie rośnie, ale ich stabilność pozostaje problematyczna”.
Wszystkie dotychczas odkryte warianty perowskitu są wrażliwe chemicznie. Ekspozycja na powietrze, wilgoć, światło i ciepło może zmienić ich wiązania chemiczne i je degradować. Steele powiedział, że włączenie cezu do preparatu CsPbI3 sprawia, że materiał jest bardziej wytrzymały, ale wprowadza także niestabilność fazową, budząc nowe obawy producentów ogniw słonecznych o to, czy cząsteczki zmienią układ w dowolnym momencie.
Polimorfizm, jak wiadomo, jest niepokojący dla producentów. W temperaturze ponad 320 stopni Celsjusza CsPbI3 przyjmuje krystaliczną strukturę, która sprawia, że jest czarna i nieprzezroczysta; w temperaturze pokojowej powraca do amorficznej konfiguracji, która nadaje mu żółtawy kolor. Ta ostatnia forma znacznie zmniejsza pochłanianie światła i wydajność dowolnego ogniwa słonecznego, w którym materiał zostałby wbudowany.
Przez lata proces rządzący transformacją fazową w CsPbI3 był niejasny. Naukowcom udało się narzucić fazę krystaliczną, wprowadzając nowe związki chemiczne do ich warstw perowskitów lub zmieniając wielkość kryształów, z których były zbudowane. Jednak nikt jeszcze nie wyjaśnił, dlaczego te sztuczki działają. Powtarzająca się łamigłówka dotyczy tego, dlaczego warstwy wyżarzane w identycznych warunkach czasami stają się żółte, a czasem czarne, gdy schładzają się do temperatury pokojowej.
Wysokie napięcie
Pomiary przeprowadzone w Europejskim Zakładzie Promieniowania Synchrotronowego w Grenoble we Francji niedawno zidentyfikowały kandydata, który może napędzać przejście fazowe: podłoże, na którym osadza się warstwa perowskitu.
W artykule naukowym Steele wyjaśnił, że połączenie między warstwą perowskitu a powierzchnią szkła, na którą jest nakładana, może powodować napięcie w warstwie, które może w rezultacie łączyć pożądaną fazę.
Według badań, w których uczestniczyli naukowcy z 11 ośrodków badawczych na trzech kontynentach, interfejs między perowskitem a podłożem, który powstaje podczas wyżarzania w wysokiej temperaturze, pozostaje nawet po powrocie do temperatury otoczenia. Jeśli spadek temperatury jest dość gwałtowny, perowskit może zatrzymać kryształową siatkę interfejsu i dostosować się do niej.
Steele powiedziała, że warstwa perowskitu rozciąga się „jak akordeon” po podgrzaniu. Główny badacz dodał: „Po ochłodzeniu warstwa ta próbuje się ponownie skompresować, ale interfejs utworzony z podłożem utrzymuje ją przedłużoną. W naszych badaniach wykazaliśmy, że to napięcie między warstwą perowskitów a podłożem można wykorzystać do ustabilizowania fazy krystalicznej, która tworzy czarne warstwy perowskitów. ”
