Korralierende Ionen verbessern die Lebensfähigkeit von Solarzellen jener nächsten Generation

Forscher nach sich ziehen entdeckt, dass dies Leiten von Ionen in definierte Bahnen in Perowskit-Materialien die Stabilität und Betriebsleistung von Perowskit-Solarzellen verbessert. Die Erkenntnis ebnet den Weg zum Besten von eine neue Generation von leichteren, flexibleren und effizienteren Solarzellentechnologien, die zum Besten von den praktischen Sicherheit probat sind.

Perowskit-Materialien, die durch ihre kristalline Struktur definiert sind, einsaugen Licht besser denn Silizium. Dasjenige bedeutet, dass Perowskit-Solarzellen dünner und leichter denn Silizium-Solarzellen sein können, ohne die Fähigkeit jener Zelle zu verschärfen, Licht in Strom umzuwandeln.

„Dasjenige öffnet die Tür zu einer Vielzahl neuer Technologien, wie z. B. flexiblen, leichten Solarzellen oder geschichteten Solarzellen (prominent denn Tandems), die weitaus effizienter sein können denn die heute in sogenannten Solarparks verwendete Solarerntetechnologie.“ sagt Aram Amassian, korrespondierender Dramatiker eines Artikels mehr als die Fund. „Es besteht Motivation daran, Perowskit-Materialien in Silizium-Solarzellentechnologien zu integrieren, die ihre Nützlichkeit von 25 % gen 40 % verbessern und synchron die vorhandene Unterbau nutzen würden.“ Amassian ist Professor zum Besten von Materialwissenschaft und -technik an jener North Carolina State University.

Die Arbeit mit Perowskit-Materialien stellt jedoch eine Herausforderung dar, da es bisher nicht möglich war, eine langfristige Betriebsstabilität in Perowskit-Solarzellen aufrechtzuerhalten. Perowskite sind ionische Materialien, und wenn eine Tonus an vereinen Perowskit angelegt wird, bewirkt dies, dass Ionen durch dies Werkstoff wandern. Es wird imaginär, dass solche wandernden Ionen zu chemischen und strukturellen Veränderungen im Werkstoff hinzufügen, die letztendlich die Materialien ineffizient und nicht fest zeugen. Um praktische Perowskit-Solarzellen herzustellen, sollen Forscher vereinen Weg finden, dieses Problem anzugehen.

„Wir nach sich ziehen keinen Weg gefunden, um zu verhindern, dass sich Ionen durch Perowskit-Materialien in Bewegung setzen, doch wir nach sich ziehen festgestellt, dass es möglich ist, solche Ionen in vereinen sicheren Wasserweg zu lenken, jener die strukturelle Unversehrtheit oder Leistung des Materials nicht beeinträchtigt“, sagt Amassian. „Es ist ein großer Schrittgeschwindigkeit nachdem vorne.“

Welcher sichere Wasserweg ist in diesem Kern eine sogenannte Korngrenze. Perowskit-Materialien sind multikristalline Materialien. Dasjenige bedeutet, dass sich beim „Züchten“ eines Perowskits dies Werkstoff denn eine Warteschlange von Kristallen – oder „Körnern“ – bildet, die stringent miteinander terminieren. Solche Körner sind zu diesem Zweck zuständig, Licht zu einsaugen und die Ladungen zu erzeugen, die zum Besten von den elektrischen Strom zuständig sind. Jedes dieser Körner hat die gleiche Kristallstruktur, doch die Körner können in leichtgewichtig unterschiedlichen Richtungen orientiert sein. Welcher Gebiet, in dem sich die Körner berühren, wird denn Korngrenze bezeichnet.

„Welches wir herausgefunden nach sich ziehen, ist, dass Körner besser vor Beeinträchtigungen geschützt sind, wenn sich die Ionen in der Hauptsache vorwärts jener Korngrenze in Bewegung setzen“, sagt Erstautor und Cobalt-korrespondierender Dramatiker Masoud Ghasemi, ein ehemaliger Postdoktorand am NC State, jener jetzt Postdoktorand am ist Pennsylvania. „In Verpflichtung mit dem, welches schon mehr als Perowskit-Materialien prominent ist, ist lukulent, dass Probleme beginnen, wenn Korngrenzen schwach sind, welches es Ionen erleichtert, sich in die Körner selbst zu in Bewegung setzen. Die Gestaltung stärkerer Korngrenzen, die die Körner schützen, ist unerlässlich, um wandernde Ionen zu blockieren und andere schädliche Spezies wie Sauerstoffgas daran gehindert werden, in die Körner einzudringen, wodurch problematische chemische und strukturelle Veränderungen im Werkstoff gemildert werden.

„Dies ist eine wichtige Erkenntnis, denn es gibt etablierte Techniken, mit denen wir Perowskit-Materialien und ihre Korngrenzen gedeihen können; wir können solche Ansätze jetzt nutzen, um die Körner zu schützen“, sagt Amassian. „Wir vormachen in diesem Versteckspiel, wie solche Techniken Korngrenzen stärken. Von kurzer Dauer gesagt, wir wissen jetzt, welches getan werden muss, um weitaus stabilere Perowskite herzustellen.“

Die Arbeit kann gleichwohl zur Entwicklungsprozess effizienterer Energiespeichertechnologien hinzufügen.

„Solche Arbeit fördert unser grundlegendes Verständnis darüber, wie sich Ionen durch jedes kristalline Werkstoff in Bewegung setzen, dies Ladungen tragen kann, nicht nur Halogenid-Perowskite“, sagt Amassian. „Wir freuen uns, mit Kollegen zu sprechen, die an jener Energiespeicherung funktionieren, und darüber, wie dies die Entwicklungsprozess schnellerer Ionenleiter steuern kann.“

Forschungsbericht: Ein multiskaliges Ionendiffusionsgerüst beleuchtet den Zusammenhang zwischen Streuung, Stabilität und Hysterese in Metallhalogenid-Perowskiten

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North Carolina State University

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