Abstrakt
Nyligen har Hu Linhuas grupp, en forskare vid avdelningen för energimaterial och tillverkning av enheter, Institutet för fasta tillståndets fysik, Hefei Institute of Materials Science, Chinese Academy of Sciences, i samarbete med utländska forskare, åstadkommit en självläkande solcell av kalciumtitanit, och de relaterade resultaten har publicerats i Journal of Energy Chemistry.
Innehåll
>Bakgrund för utvecklingen av solceller av kalcium- och titanmalm
> Principen om "självläkning" i solceller av kalcium-titanoxid
>Calcitonit solcellsforskning erkänd
Bakgrund till solceller av kalcium- och titanmalm
För närvarande har solceller av kalciumtitanit uppnått en solcellseffektivitet på 25,5 %, men kalciumtitanitmaterial är känsliga för strålning, fuktighet etc. och är benägna att försämras när de utsätts för atmosfäriska förhållanden, vilket allvarligt påverkar användningen av dem. Därför är det viktigt att utveckla högpresterande, mycket stabila och självläkande kalciumtitanit-solceller.
Principen om "självläkning" för solceller av kalcium-titanoxid
Fukt är en viktig faktor för att solceller av kalcium-titanoxid ska brytas ned när de drivs i luft. Forskarna har infört polyvinylpyrrolidon i det ljusabsorberande kalciumtitanitmaterialet, vilket resulterat i en solcell med en stark självläkning och betydligt förbättrad fuktstabilitet. Polyvinylpyrrolidon, en långkedjig isolerande polymer med en hög densitet av polära karbonylgrupper, introducerades i solcellen för att kapsla in MAPbI3 och bilda en hydrofob "barriär" som förhindrar vattenmolekyler att tränga in. Den kan också interagera med metylaminjonens (MA+) -NH2-grupp för att bilda vätebindningar (figur 1), vilket hämmar nedbrytningen och förflyktigandet av metylamin och därmed förbättrar cellens förmåga till självläkning. Dessutom kan polyvinylpyrrolidon bilda ett intermediärt komplex med jodometanamin, vilket hämmar kärnbildningen av kalcogenidkristaller. Införandet av polyvinylpyrrolidon gör det möjligt för cellen att läka sig själv flera gånger (figur 2), vilket avsevärt ökar cellens livslängd och möjliggör färre defekter och större korn i kalcogenidfilmen, vilket förbättrar cellens solcellseffektivitet.
Figur 1: (a) och (b) Nedbrytningsvägar för kalcogenidmaterial i närvaro av vattenmolekyler; 1H NMR-spektra av MAI och MAI som innehåller polyvinylpyrrolidon i DMSO-d6-lösning (c) och 13C NMR-spektra (d); (e) FTIR-spektra av MAI, polyvinylpyrrolidon som framställts genom att blanda polyvinylpyrrolidon med MAI i ett molärt förhållande på 1:1, med pilar för C= O- och CH3-sträckningsvibrationstoppar; (f) XRD-spektra av kalcopyrrolidinfilmer vid olika koncentrationer av polyvinylpyrrolidonlösningar; (g) XPS-plottar av O 1s med och utan polyvinylpyrrolidon efter 200 timmar.
Figur 2: Filmer med (a) och utan (b) polyvinylpyrrolidon, som visar tillståndsförändringen efter 60 sekunders vattenångspridning och 30 sekunders självläkning, (c) schematisk bild av självläkningsprocessen för kalcogenidfilmerna, (d) fuktstabilitet hos de kalcogenidsolceller som innehåller 6 mg mL-1 polyvinylpyrrolidon vid 65 ± 5 % relativ fuktighet.
Forskning och utveckling av solceller av kalciumtitanit erkänd
Forskningsarbetet stöddes av Kinas nationella nyckelprogram för forskning och utveckling, Kinas nationella naturvetenskapliga stiftelse, den kinesiska vetenskapsakademins talangutbildningsprogram "Western Light" och det europeiska programmet Horisont 2020.