Abstrakt

Kürzlich hat die Gruppe von Hu Linhua, einem Forscher in der Abteilung für Energiematerialien und Geräteherstellung, Institut für Festkörperphysik, Hefei Institute of Materials Science, Chinesische Akademie der Wissenschaften, in Zusammenarbeit mit ausländischen Forschern eine selbstheilende Kalziumtitanit-Solarzelle entwickelt und die entsprechenden Ergebnisse im Journal of Energy Chemistry veröffentlicht.

Inhalt

>Hintergrund der Entwicklung von Solarzellen aus Kalzium-Titan-Erz

>Das Prinzip der "Selbstheilung" in Kalzium-Titanoxid-Solarzellen

>Calcitonit-Solarzellenforschung anerkannt

Hintergrund von Calcium-Titan-Erz-Solarzellen

Derzeit liegt der photovoltaische Wirkungsgrad von Kalziumtitanit-Solarzellen bei 25,5 %, aber Kalziumtitanit-Materialien reagieren empfindlich auf Strahlung, Feuchtigkeit usw. und sind anfällig für Degradation, wenn sie atmosphärischen Bedingungen ausgesetzt sind, was ihre Verwendung stark beeinträchtigt. Daher ist es wichtig, leistungsstarke, äußerst stabile und selbstheilende Kalziumtitanit-Solarzellen zu entwickeln.

Das Prinzip der "Selbstheilung" für Kalzium-Titanoxid-Solarzellen

Feuchtigkeit ist ein Schlüsselfaktor für den Zusammenbruch von Calcium-Titanoxid-Solarzellen, wenn sie an der Luft betrieben werden. Die Forscher haben Polyvinylpyrrolidon in das lichtabsorbierende Kalziumtitanit-Material eingebracht, wodurch eine Solarzelle mit einer starken Selbstheilungsfunktion und einer deutlich verbesserten Feuchtigkeitsstabilität entstanden ist. Polyvinylpyrrolidon, ein langkettiges isolierendes Polymer mit einer hohen Dichte an polaren Carbonylgruppen, wurde in die Solarzelle eingebracht, um MAPbI3 einzukapseln und eine hydrophobe "Barriere" zu bilden, die das Eindringen von Wassermolekülen verhindert. Es kann auch mit der -NH2-Gruppe des Methylamin-Ions (MA+) interagieren, um Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden (Abbildung 1), die den Abbau und die Verflüchtigung von Methylamin hemmen und so die "Selbstheilungsfähigkeit" der Zelle verbessern. Außerdem ist Polyvinylpyrrolidon in der Lage, mit Iodmethanamin einen Zwischenkomplex zu bilden, der die Keimbildung von Chalkogenidkristallen hemmt. Durch die Einführung von Polyvinylpyrrolidon kann sich die Zelle mehrfach selbst heilen (Abbildung 2), was die Lebensdauer der Zelle erheblich verlängert und weniger Defekte und größere Körner in der Chalkogenidschicht ermöglicht, was den photovoltaischen Wirkungsgrad der Zelle verbessert.

Abbildung 1: (a) und (b) Abbauwege von Chalkogenidmaterialien in Gegenwart von Wassermolekülen; 1H-NMR-Spektren von MAI und MAI-haltigem Polyvinylpyrrolidon in DMSO-d6-Lösung (c) und 13C-NMR-Spektren (d); (e) FTIR-Spektren von MAI und Polyvinylpyrrolidon, das durch Mischen von Polyvinylpyrrolidon mit MAI im Molverhältnis 1:1 hergestellt wurde, mit Pfeilen für C= O- und CH3-Streckschwingungspeaks; (f) XRD-Spektren von Chalkogenidfilmen bei unterschiedlichen Konzentrationen von Polyvinylpyrrolidonlösungen; (g) XPS-Plots von O 1s mit und ohne Polyvinylpyrrolidon nach 200 h.

Abbildung 2: Schichten mit (a) und ohne (b) Polyvinylpyrrolidon, die die Zustandsänderung nach 60 Sekunden Wasserdampfbesprühung und 30 Sekunden Selbstheilung zeigen; (c) schematische Darstellung des Selbstheilungsprozesses der Chalkogenid-Schichten; (d) Feuchtigkeitsstabilität der Chalkogenid-Solarzellen, die 6 mg mL-1 Polyvinylpyrrolidon enthalten, bei 65 ± 5 % relativer Feuchtigkeit.

Forschung und Entwicklung von Calciumtitanit-Solarzellen anerkannt

Die Forschungsarbeit wurde durch das National Key R&D Programme of China, die National Natural Science Foundation of China, das "Western Light" Talenttrainingsprogramm der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und das europäische Horizon 2020 Programm unterstützt.