Sous: ossila.com
Amelyorasyon rapid nan perovskit selil solè te fè yo etwal la k ap monte nan mond lan fotovoltaik ak nan yon gwo enterè nan kominote a akademik yo. Depi metòd operasyonèl yo yo toujou relativman nouvo, gen gwo opòtinite pou rechèch pli lwen nan fizik debaz la ak chimi alantou perovskite. Anplis de sa, jan yo te montre sou ane ki sot pase yo kèk - amelyorasyon yo jeni nan formulasyon perovskite ak woutin fabwikasyon te mennen nan ogmantasyon siyifikatif nan efikasite konvèsyon pouvwa, ak aparèy ki sot pase rive sou 23%, kòm nan mwa jen 2018.
Ki sa ki Perovskites?
Poukisa Selil Solè Perovskite Se Enpòtan?
Ki sa ki kesyon Perovskites figi?
Fabwikasyon ak Mezi nan Selil Perovskite Solè
Future a Perovskites
Gid Videyo Perovskite Fabrication
Ossila Pwodwi pou Selil Perovskite Solè
Referans
Pli lwen Lekti
Ki sa ki Perovskites?
Tèm yo "perovskite" ak "estrikti perovskit" yo souvan itilize interchangeable. Teknikman, yon perovskite se yon kalite mineral ki te premye yo te jwenn nan mòn yo Ural epi yo te rele apre Lev Perovski (ki moun ki te fondatè a nan Sosyete jewografik Ris). Yon estrikti perovskit se nenpòt ki konpoze ki gen estrikti a menm jan ak perovskit la mineral.
Vrè perovskite (mineral la) konpoze de kalsyòm, Titàn ak oksijèn nan fòm CaToO 3 . Pandan se tan, yon estrikti perovskit se nenpòt bagay ki gen fòm jenerik ABX 3 ak menm estrikti kristalograf tankou perovskite (mineral la). Sepandan, depi pi fò moun nan mond lan selil solè yo pa enplike nan mineral ak géologie, perovskite ak perovskite estrikti yo te itilize interchangeable.
Se aranjman nan retre perovskite demontre anba a. Menm jan ak anpil estrikti nan kristalografi, li ka reprezante nan plizyè fason. Fason ki pi senp pou panse osijè de yon perovskit se tankou yon gwo katon atomik oswa molekilè (pozitif-chaje) nan kalite A nan sant la nan yon kib. Kwen yo nan kib la Lè sa a, yo okipe pa atòm B (tou pozitivman chaje kasyon) ak figi yo nan kib la yo okipe pa yon atòm ki pi piti X ak chaj negatif (anyon).
Yon estrikti jenerik perovskit kristal fòm ABX3. Remake byen ke estrikti yo de yo ekivalan - se estrikti nan men gòch trase konsa ki atòm B se nan <0,0,0> pozisyon an pandan ke se estrikti nan men dwat trase konsa ki atòm (oswa molekil) A se nan la < 0,0,0=""> pozisyon. Epitou sonje ke liy yo se yon gid ki reprezante oryantasyon kristal olye ke modèl lyezon.
Tou depan de ki atòm / molekil yo te itilize nan estrikti a, perovskites ka gen yon etalaj enpresyonan nan pwopriyete ki enteresan, ki gen ladan suprakucutivite, mayozistans jeyan, vire-depann transpò (spintronics) ak pwopriyete katalize. Perovskit Se poutèt sa, reprezante yon lakou rekreyasyon eksitan pou fizisyen, famasi ak syantis materyèl.
Premye Perovskit yo te itilize avèk siksè nan selil solè eta solid nan 2012, e depi lè sa a pi selil te itilize konbinezon sa yo nan materyèl nan perovskit abityèl fòm ABX 3 :
A = Yon kalòj òganik - methylammonium (CH 3 NH 3 + ) oswa formamidinium (NH 2 CHNH 2 + )
B = Yon gwo cation inòganik - anjeneral plon (II) (Pb 2+ )
X 3 = Yon anyon alojèn yon ti kras pi piti - anjeneral klori (Cl - ) oswa yodid (mwen - )
Depi sa a se yon estrikti relativman jeneral, aparèy sa yo ki baze sou perovskite kapab tou gen pou bay yon nimewo nan non diferan, ki ka swa al gade nan yon klas plis jeneral nan materyèl oswa yon konbinezon espesifik. Kòm yon egzanp sa a, nou te kreye tab ki anba a pou mete aksan sou ki jan anpil non yo ka fòme soti nan yon estrikti de baz yo.
A | B | X 3 |
Organo | Metal | Trihalid (oswa trihalid) |
Methylammonium | Plon | Iodid (oswa triyodid) |
Plonbri | Klò (oswa trichlorid) |
Tablo 'non-ranmase' perovskit la : Chwazi nenpòt atik youn nan kolòn A, B oswa X 3 pou vini ak yon non valab. Egzanp yo enkli: Organo-plon-klorid, Methylammonium-metal-trihalides, organo-plonbord-yodides elatriye.
Tab la demontre ki jan vas espas ki la paramèt se pou materyèl potansyèl / estrikti konbinezon, kòm gen anpil lòt atòm / molekil ki ta ka ranplase pou chak kolòn. Chwa a nan konbinezon materyèl yo pral kritik pou detèmine tou de optik ak pwopriyete elektwonik (egzanp bandgap ak kòrèk espèk absòpsyon, mobilite, longè difizyon, elatriye). Yon senp optimize brital-fòs pa tès depistaj konbinatwar nan laboratwa a se chans yo dwe trè rezèvwa nan jwenn estrikti bon perovskite.
Majorite perovskit efikas yo baze sou halogenid metal Group IV (espesyalman, plon), epi k ap deplase pi lwen pase sa a te pwouve difisil. Li posib pou plis konesans apwofondi pase aktyèlman disponib obligatwa pou eksplore seri estrikti posib perovskit yo. Selil solèy ki baze sou perovskit plon yo patikilyèman bon paske yon seri de faktè, tankou absòpsyon fò nan rejim la vizib, long chaj-konpayi asirans difizyon longè, yon diferans gwoup ajistab, ak fabrike fasil (akòz tolerans nan gwo domaj ak kapasite nan pwosesis nan tanperati ki ba).
Poukisa Selil Solè Perovskite Se Enpòtan?
Gen de graf kle ki demontre poukisa selil perovskit solè te atire atansyon enpòtan nan tan ki kout depi 2012. Premye a nan graf sa yo (ki sèvi ak done yo pran nan tablo kapasite sèlil NREL la) 1 demontre efikasite konvèsyon pouvwa a nan perovskit la. ki baze sou aparèy nan dènye ane yo, an konparezon ak teknoloji kap fè rechèch fotovoltaik, epi tou tradisyonèl fotovoltaik mens fim.
Graf la montre yon ogmantasyon meteyolojik konpare ak pifò lòt teknoloji sou yon peryòd tan relativman kout. Nan 4 ane nan zouti yo, selil perovskite solè te egal efikasite nan kadmy Telluride (CdTe), ki te alantou pou plis pase 40 ane. Anplis de sa, kòm nan mwa jen 2018 yo gen kounye a depase tout lòt mens-fim, ki pa konsantratè teknoloji - ki gen ladan CdTe ak Copper endyòm galèn Selenide (CIGS). Malgre ke li te kapab diskite ke plis resous ak pi bon enfrastrikti pou rechèch selil solè yo te disponib nan dènye ane yo kèk, ogmantasyon nan dramatik nan perovskite efikasite selil solè se toujou ekstrèmman enpòtan ak enpresyonan.
Selil solè Perovskite te ogmante nan efikasite konvèsyon pouvwa a yon pousantaj fenomenn konpare ak lòt kalite fotovoltaik. Malgre ke figi sa a sèlman reprezante laboratwa ki baze sou "selil ewo", li anons pwomès gwo.
Dezyèm graf ki anba a se vòltaj sikwi a konpare ak espas band la pou yon seri de teknoloji ki fè konpetisyon kont perovskite. Graf sa a demontre ki kantite enèji yon foton pèdi nan pwosesis konvèsyon nan limyè a elektrisite. Pou selil estanda ekolojik ki baze sou, selil òganik ki baze sou solè, pèt sa a ka wo tankou 50% nan enèji a absòbe, Lè nou konsidere ke selil perovskit solè regilyèman depase 70% foton itilizasyon enèji, epi yo gen potansyèl la yo dwe ogmante menm pi lwen. 4
Sa a ap apwoche valè yo nan eta-of-atizay la teknoloji (tankou GaAs), men nan yon pri siyifikativman pi ba yo. Selil solè kristalin Silisyòm, menm jan ak konparezon ki pi pre a perovskite an tèm de efikasite ak pri, yo deja jiska 1000 fwa pi bon mache pase eta-of-atizay la-GaAs. 5 Perovskites gen potansyèl pou vin menm pi bon mache pase sa.
Itilizasyon maksimòm enèji fotonik la (defini kòm Vokasyon sikwi ouvè a divize pa bandgap optik la Eg) pou komen junction sèlil solè materyèl sistèm materyèl. Kalkile nan eta selil yo atizay detaye nan NREL tab efikasite.
Ki sa ki kesyon Perovskites figi?
Pwoblèm nan pi gwo nan jaden an nan perovskit kounye a se alontèm enstabilite. Sa a te montre dwe akòz wout degradasyon ki enplike faktè ekstèn, tankou dlo, limyè, ak oksijèn, epi tou kòm yon rezilta nan enstabilite intrinsèques, tankou degradasyon sou chofaj, paske nan pwopriyete yo nan materyèl la. Pou yon BECA de kòz yo nan perovskit degradasyon, gade gid Ossila a.
Plizyè estrateji te pwopoze pou amelyore estabilite, avèk anpil siksè nan chanje eleman eleman. Sèvi ak sistèm melanje-Cation (pa egzanp pa enkli cation inorganik tankou rubidium ou Sezyòm) te montre pou amelyore tou de estabilite ak efikasite. Premye selil perovskit yo dwe depase 20% efikasite te itilize yon melanje sistèm òganik Cation, e anpil nan sistèm ki pi efikas ki pibliye dènyèman te itilize konpozan inòganik yo. Mouvman nan direksyon pou idrofob, ki estab UV-kouch interfacial te amelyore estabilite tou - pou egzanp pa ranplase TiO 2 , ki se sansib a degradasyon UV, ak SnO 2 Estabilite te tou te amelyore nan sèvi ak pasivasyon sifas yo. ak pa konbine 2D-kouch (Ruddlesden-Popper) perovskite (ki montre pi bon estabilite intrinsèques, men pi pòv pèfòmans) ak 3D konvansyonèl perovskites. Efò sa yo (ansanm ak faktè tankou pi bon enkapsilasyon) gen larjeman amelyore estabilite nan perovskites depi premye entwodiksyon yo, ak vi yo byen sou wout yo nan satisfè nòm ofisyèl endistriyèl - ak dènye travay ki montre selil kapab kenbe tèt ak yon tès 1000-tan chalè mouye. Pou yon diskisyon pi an pwofondè de metòd amelyore estabilite perovskite , gade gid Ossila a.
Convencional perovskite 3D (agòch) konpare ak yon jenerik 2D estrikti perovskite (dwa).
Yon lòt pwoblèm ankò yo dwe konplètman adrese se itilize nan plon nan konpoze perovskit. Menm si yo itilize li nan kantite pi piti anpil pase sa yo kounye a prezan nan swa plon- oswa pil ki gen baz kadyòm, prezans nan plon nan pwodwi pou itilize komèsyal se yon pwoblèm. Enkyetid toujou rete sou ekspoze a konpoze plon toksik (nan lesivaj perovskit la nan anviwònman an), ak kèk etid yo sijere aplikasyon gwo-echèl nan perovskite ta ka egzije ekspozisyon konplè nan pwodwi degradasyon. Kontrèman, lòt evalyasyon sik lavi yo te jwenn enpak toksisite nan plon yo dwe neglijab an konparezon ak lòt materyèl nan selil la (tankou katod a).
Genyen tou potansyèl pou yon altènativ plon yo dwe itilize nan perovskit selil solè (tankou fèblit ki baze sou perovskites), men efikasite nan konvèsyon pouvwa nan aparèy sa yo se toujou siyifikativman dèyè plon ki baze sou aparèy, ak dosye a pou yon perovskite fèblan ki baze sou. kounye a kanpe nan 9.0%. Gen kèk etid yo te konkli tou ke fèblan ka aktyèlman gen yon pi wo toksisite anviwònman pase plon, ak lòt altènativ mwens toksik yo obligatwa.
Yon lòt gwo kesyon an tèm de pèfòmans se tèmès aktyèl-vòltaj yo souvan wè nan aparèy. Faktè sa yo ki afekte histèsis yo toujou anba deba, men li se pi souvan atribiye nan migrasyon ion mobil nan konbinezon ak nivo segondè nan recombination. Metòd pou diminye isterez enkli varyete achitekti selil, pasivasyon sifas, ak ogmante kontni plon yodide, osi byen ke estrateji jeneral diminye recombination.
Yon apwoksimasyon de aktè-vòltaj isterèsi souvan rankontre nan perovskit selil solè.
Pou pèmèt yon pri ki vrèman ba-pou chak-Watt, perovskit selil solè bezwen te reyalize Trio nan anpil anonse nan efikasite segondè, vi lontan, ak pri fabrikasyon ki ba. Sa a pa gen ankò yo te reyalize pou lòt teknoloji mens-fim, men perovskite ki baze sou aparèy kounye a demontre menmen potansyèl pou reyalize sa a.
Fabwikasyon ak Mezi nan Selil Perovskite Solè
Malgre ke perovskite soti nan yon mond nan kristalografi w pèdi diferan, yo ka enkòpore trè fasil nan yon estanda OPV (oswa lòt mens-fim) achitekti. Premye selil solè perovskit yo te baze sou selil solè (DSSC) ki te sansib pou lye eta a, epi konsa te itilize yon echafodaj TiO 2 mesoporous. Anpil selil depi yo swiv modèl sa a oswa itilize yon echafodaj Al 2 O 3 nan yon achitekti "meso-superstructured", men etap tanperati ki wo obligatwa pou fabrike, ak UV enstabilite nan TiO 2 , mennen nan entwodiksyon nan yon achitekti "planè" menm jan an. nan lòt selil fim mens. Apre plizyè ane nan jis dèyè selil mesoporous an tèm de efikasite, perovskite planè yo kounye a se prèske kòm efikas.
Estrikti jenerik nan konvansyonèl / inverse planar ak mesoporous (konvansyonèl) selil perovskit.
Se perovskit fim nan tèt li tipikman trete pa swa vakyòm oswa solisyon metòd. Kalite fim enpòtan anpil. Okòmansman, fim depoze vakyòm te bay pi bon aparèy yo, men pwosesis sa a egzije pou ko-evaporasyon nan eleman òganik (methylammonium) an menm tan an kòm inòganik la (konpozan halogen), ki nesesè chanm espesyal evaporasyon ki pa disponib nan anpil chèchè. . Kòm yon rezilta, te gen efò siyifikatif nan amelyore solisyon-trete aparèy, tankou sa yo, se pi senp ak pèmèt pou ba-tanperati pwosesis, ak sa yo kounye a egal vakyòm-depoze selil an tèm de efikasite.
Tipikman, se kouch aktif nan yon selil perovskite solè depoze via swa yon pwosesis youn oswa de etap. Nan pwosesis la yon sèl-etap, yon solisyon précurseur (tankou yon melanj de CH 3 NH 3 mwen ak PbI 2 ) se kouvwi ki Lè sa a, konvèti nan fim nan perovskite sou chofaj. Yon varyasyon sou sa a se metòd la antisolvant, nan ki se solisyon an précurseur kouvwi nan yon sòlvan polè, ak Lè sa a, janm pase pandan pwosesis la kouch vire pa yon sòlvan ki pa polè. Tan presi nan rès la ak volim nan Solvans asouvisman yo oblije bay pèfòmans nan pi bon. Pou ede ak sa, nou bati ponp lan Seren Ossila , ki te pèmèt nou itilize pwosesis asouvisman sa a pouse valè efikasite konvèsyon nan-kay sou 16%.
Nan pwosesis la de-etap, halogen a metal (tankou PbI 2 ) ak konpozan òganik (tankou CH 3 NH 3 mwen) yo vire-kouvwi nan separe, fim ki vin apre. Altènativman, fim halogen metal yo ka kouvwi ak rkwir nan yon chanm ki te ranpli avèk vapè eleman òganik, ke yo rekonèt kòm 'pwosesis solisyon vakyòm-ede' (VASP).
Yon apwoksimasyon sou metòd anti-sòlvan asid ki pi souvan itilize perovskit manch nan yon pwosesis yon sèl etap soti nan yon solisyon précurseur.
Pifò eta-of-a-perovskit yo atizay yo baze sou yon transparan kondwi oksid / ETL / Perovskite / HTL / estrikti metal, ki gen ETL ak HTL refere a elektwon-transpò ak twou-transpò kouch respektivman. Kouch tipik pou transpò nan twou yo enkli Spiro-OMeTAD oswa PEDOT: PSS , e tipik kouch transpò elèktron yo gen ladan TiO 2 oswa SnO 2 . Konprann ak optimize nivo enèji ak entèraksyon diferan materyèl nan interfaces sa yo ofri yon zòn de rechèch trè enteresan ki toujou anba diskisyon.
Pwoblèm prensipal yo pou fabrike aparèy pratik nan perovskite selil solè yo se bon jan kalite fim ak epesè. Limyè-rekòlte (aktif) kouch a perovskite bezwen plizyè santèn nanomètr epesè - plizyè fwa plis pase pou otantik òganik fotovoltaik , ak kreye tankou kouch epè ak inifòmite segondè ka difisil. Sof si kondisyon yo depozisyon ak rkwizmanperati yo optimisé, sifas ki graj ak kouvèti konplè pral fòme. Menm ak bon optimize, ap toujou gen yon brutality sifas enpòtan ki rete. Se poutèt sa, kouch koòdone pi epè pase ta ka itilize nòmalman yo mande tou. Amelyorasyon nan bon jan kalite fim te reyalize nan yon varyete metòd. Youn nan metòd sa yo se adisyon ti kantite asid, tankou asid hydroiodic oswa bromayik, ki te deja diskite nan yon pòs sou pite a nan solisyon MAI vs klori plon , oswa depase nan plon yodide précurseur.
Atravè efò rechèch vaste, efikasite nan plis pase 22% yo te reyalize lè l sèvi avèk kouch vire , ak efikasite segondè tou yo te reyalize lè l sèvi avèk lòt teknik solisyon-pwosesis (tankou plas-mouri kouch ). Sa a sijere ke solisyon gwo-echèl pwosesis nan perovskites trè posib.
Future a Perovskites
Rechèch pwochen nan perovskite gen chans pou konsantre sou rediksyon recombination nan estrateji tankou pasivasyon ak rediksyon nan domaj, osi byen ke ranfòse efikasite nan enklizyon perovit 2D ak pi bon-optimize materyèl koòdone. Kouch-ekstraksyon kouch gen plis chans pou avanse pou pi lwen materyèl òganik nan inòganik, amelyore tou de efikasite ak estabilite. Amelyore estabilite ak rediksyon nan enpak nan anviwònman an plon gen chans rive nan tou de kontinye ap zòn enpòtan nan enterè yo.
Pandan komèsyalizasyon selil solè perovskit la toujou ap fè fas a obstak an tèm de fabwikasyon ak estabilite, itilizasyon yo nan tandem C-Si / selil perovskit te pwogrese rapidman (avèk efikasite pi wo pase 25% reyalize) epi li posib ke perovskit yo pral wè premye mache PV a kòm yon pati nan estrikti sa a. Pi lwen pase solè, gen rete potansyèl siyifikatif pou itilize perovskite nan aplikasyon pou lòt, tankou limyè ki emèt diy ak memwa rezistans.
Gid Videyo Perovskite Fabrication
Pou moun ki jis kòmanse rechèch perovskite yo, nou te pwodwi yon gid videyo demontre tout pwosesis la nan fabrike ak mezire perovitov fotovoltaik. Nan laboratwa pwòp nou yo, nou te rive nan efikasite ki depase 11% lè l sèvi avèk sa a woutin fabrikasyon patikilye. Videyo ki anba a karakteristik yon pi gran, modèl sispann nan Osila rad la Coater - yo wè modèl aktyèl la, ou ka ale nan paj la pwodwi isit la .
Ossila Pwodwi pou Selil Perovskite Solè
Platfòm prim ki genyen nan selil Ossila a delivre aplikasyon syantifik egzanplè ak enpak nan rechèch selil solè. Li se yon koleksyon aderan nan substrats, materyèl, ak ekipman tès kòm yon pati nan yon pèfòmans-wo estanda achitekti referans fotovoltaik. Li pèmèt chèchè yo pwodwi bon jan kalite segondè, konplètman-fonksyonèl selil solè ki ka itilize kòm yon debaz serye.
Kòm chèchè ak syantis tèt nou, nou konprann ki jan tan konsome li se jwenn ekspètiz sou tout materyèl yo, pwosesis, ak teknik ki nesesè yo pwodwi yon aparèy-wo kalite - ak ki jan malgre pi bon efò ou yo, li ka pafwa mennen nan konsistan e ki pa - rezilta ki pwodui.
Nou devlope sa a platfòm avèk objèktif a pèmèt ou konsantre sou rechèch ou an (olye pou yo desine / Smart apwovizyone tout konpozan pwòp ou yo) ak replike yon debaz pèfòmans. Yon benefis siyifikatif nan platfòm sa a se dispozisyon ki nan pre-modele ITO substrats ak ekipman-wo debi pwosesis - ki kapab lakòz yon ogmantasyon siyifikatif nan to pwodiksyon ou pou aparèy selil solè - konsa ede ou kolekte plis done, anpil pi vit. Nan ka sa a, yo ka teste plis kalite nouvo materyèl oswa varyasyon achitekti ak plis done estatistik ka kolekte - asire konsistans ak presizyon.
Nan nivo ki pi fondamantal, pifò selil solè perovskit ki baze sou yo baze sou yon sibstans transparan kouch oksid ki kouvri ak vè ak evapore katod an metal ak an tèt ankapsulasyon. Kòm sa yo, enfrastrikti substans ki egziste deja nou yo ak materyèl perovskit yo deja itilize nan aparèy perovskit ki gen gwo pèfòmans nan solisyon. Epoksidik estrikti nou an anfòm tou parfe pou laminating vè oswa lòt kouch baryè - jan yo itilize nan Snaith nan 2014 papye Nati.
Ossila Spin Coater la regilyèman itilize pou depozisyon nan koòdone nou yo ak kouch aktif ak presizyon segondè, epi operasyon senp.
Yon konpayon trè itil nan kouch nan Spin (foto ki anwo a) se ponp Sereng Ossila a . Li kapab itilize pou distribisyon otomatik ak asouvisman nan kouch perovskit nou an pou jwenn bon kalite fim. Kòlèg akademik nou yo te tou fè kèk pwogrè enteresan sou solisyon-trete selil perovskite solè via kouch espre sou substrats estanda nou an. Anplis de sa, perovskit selil solè yo te karakterize lè l sèvi avèk Ossila Solè Cell Sistèm Tès IV , ki otomatikman kalkile mesures aparèy epi yo ka fè mezi estabilite.
I101 Perovskite lank disponib nan Ossila. Li se pake kòm 10 flacons endividyèl ki gen 0.5 ml solisyon an. Sa a se kapab nan kouch jiska 160 substrats. I101 kapab tou gen pou achte nan esansyèl (30 ml), ak yon rabè 25% konpare ak gwosè lòd nòmal nou an.
Sou dènye mwa yo nou te travay tou avèk kolaboratè akademik nou yo pou pote plis pwodwi ki baze sou perovskite nan mache, ki gen ladan: High-pite Methylammonium Iodide, Methylammonium bromide , Iodide Formamidinium , ak bromid Formamidinium. Nou te lage tou premye seri nou an nan lank perovskit, premye a nan sa yo se I101 (MAI: PbCl 2 ), ki fèt yo dwe trete nan lè epi li te demontre efikasite nan laboratwa nou yo jiska 11.7%. Lank dezyèm nou an, I201 (MAI: PbCl 2 : PbI 2 ) se pou miltip yo dwe trete nan yon atmosfè azòt, ak byen lwen tèlman nou te wè efikasite jiska 11.8%. Tou de lank yo ki fèt ede kliyan nou yo rive jwenn efikasite segondè ekstrèmeman byen vit lè premye kòmanse ak perovskit rechèch yo. Nou enkli optimize woutin pwosesis ak tou de lank maksimize rezilta yo.
