سلول خورشیدی خود-ترمیم شونده پروسکایت پایه قلع با بازدهی بالاتر از 11 درصد
Self-Repairing Tin-Based Perovskite Solar Cells with a Breakthrough Efficiency Over 11%
مواد پروسکایت هیبریدی آلی-غیرآلی دارای خواص الکتریکی و نوری عالی هستند و به همین دلیل در سلول های خورشیدی به صورت گسترده به کار رفته اند. همراه با بهینه سازی ساختار ادوات و لایه جذب نور در سلول خورشیدی، بازدهی تبدیل توان سلول های خورشیدی پروسکایتی پایه سرب از 3.8% به 25.2% رسیده است اما به دلیل سمیت بالای سرب، این سلول های خورشیدی تجاری سازی نشده اند. علاوه بر آن، شکاف نوار نوری پروسکایت های پایه سرب نسبت به حد Shockley-Queisser بهینه انحراف دارد و در نتیجه، ضروری است که سرب با سایر عناصر مانند قلع، ژرمانیم، ایندیم، مس، آنتیموان، و بیسموت جایگزین شود. در میان پروسکایت های بدون سرب، نمونه های پایه قلع پتانسیل بسیار بالایی نشان داده است که به دلیل شکاف نوار نوری مناسب، انرژی بستگی اکسایتون پایین، و تحرک پذیری حامل بار عالی می باشد. با این وجود، سلول های خورشیدی پروسکایت پایه قلع دارای بازدهی تبدیل توان پایینی بوده و پایداری ضعیفی دارند و به راحتی از Sn+2 به Sn+4 اکسید می شود که منجر به p-دوپ شدن در لایه های پروسکایتی پایه قلع می گردد و غلظت عیوب را افزایش داده و بازترکیب حامل بار را با مشکل مواجه می کند.
بهینه سازی ترکیب و ساختار پروسکایت های پایه قلع دو راه موثر برای جلوگیری از اکسیداسیون Sn+2 هستند. از نظر بهینه سازی ترکیب، افزودن SnF2 در محلول پیش ماده می تواند موثر باشد. در مقاله ای که اخیراً در مجله Advanced Materials به انتشار رسیده است، از یک ماده افزودنی برای بهبود پایداری سلول های خورشیدی پایه قلع استفاده شده است. به این منظور، فنیل هیدرازین هیدروکلرید (PHCl) در لایه های پروسکایتی FASnI3 (FA=NH2CH=NH2+) به کار رفته است تا Sn+4 را کاهش دهد و از تخریب FASnI3 جلوگیری کند. این عملکرد خوب PHCl به گروه هیدارزین که احیا کننده است و گروه فنیل که آب گریز است، نسبت داده می شود. در نتیجه، سلول خورشیدی ساخته شده از این طریق به رکورد بازدهی تبدیل انرژی 11.4% در سلول های خورشیدی پروسکایتی بدون سرب دست پیدا کرده است. علاوه بر آن، زمانی که این سلول خورشیدی در یک گلاوباکس و بدون بسته بندی قرار گرفت، بعد از 110 روز، بازدهی آن بدون کاهش بود و پس از مواجه شدن با هوا، بازدهی خود را بازیابی کرد که به دلیل فرایند خودترمیم شوندگی trap state passivation می باشد.
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (MatRes-مترس)
