Обнаружен способ прекратить деградацию перспективных солнечных материалов

Иллюстрация металлических галогенидов перовскитов.Они являются многообещающим материалом для превращения света в энергию, потому что они высокоэффективны, но они также нестабильны.Инженеры из Джорджии в новом исследовании показали, что как вода, так и кислород необходимы для деградации перовскитов.Команда прекратила трансформацию с тонким слоем другой молекулы, которая отталкивала воду.Кредит: Хуан-Пабло Корреа-Бена

Инженеры по техническим материалам из Грузии раскрыли механизм, который вызывает ухудшение многообещающего нового материала для солнечных элементов, и они смогли остановить его, используя тонкий слой молекул, которые отталкивают воду.

Их выводы являются первым шагом в решении одного из ключевых ограничений галогенидных перовскитов металла, которые уже столь же эффективны, как лучшие солнечные элементы на основе кремния при захвате света и преобразования его в электричество.Они сообщили о своей работе в журнале Американского химического общества.

«Перовскиты могут не только преобразовать то, как мы производим солнечную энергию, но и в том, как мы производим полупроводники для других типов приложений, таких как светодиоды или фототранзисторы. Мы можем подумать о них для применений в квантовых информационных технологиях, таких как излучение света для квантовой связи,-сказал Хуан-Пабло Корреа-Бэна, доцент кафедры Школы материаловедения и инженерии, и старший автор исследования.«Эти материалы обладают впечатляющими свойствами, которые являются очень многообещающими».

Разработка Перескита происходит быстро, особенно после того, как инженеры и химики признали свой потенциал для более эффективных солнечных элементов десять лет назад.Проблема с галогенидными перовскитами металла заключается в том, что они нестабильны, когда они взаимодействуют с водой и кислородом, превращаясь в другую структуру, которая не работает хорошо для создания солнечной энергии.

Техническая команда Джорджии обнаружила, почему, используя рентгеновское рассеяние и спектроскопию для изучения химических взаимодействий между перовскитами и окружающей средой.Исследователи обнаружили сложное взаимодействие как воды, так и кислорода с перовскитами, приводит к нестабильности;Убирая одну из тех, кто сохранил кристаллическую структуру Перовскитов.

«До этой статьи люди думали, что если вы подвергаете их просто воду, эти материалы разлагаются.Ранняя карьера факультета.«Если вы предотвратите взаимодействие одного или другого с перовскитами, вы в основном предотвращаете деградацию».

Команда Корреа-Бена, в которую вошли сотрудники в Брукхейвен и Аргоннской национальной лаборатории, а также в Италии и Германии, проверила их открытие, добавив тонкое покрытие материала, называемого йодидом фениаламмония (PEAI) на пленку Перовскита.Молекулы PEAI отталкивают воду, и исследователи обнаружили, что этого было достаточно для стабилизации структуры Перовскитов и, следовательно, их эффективности преобразования власти.

У Пая действительно есть недостатки.«Эти молекулы очень хороши в предотвращении взаимодействия воды с перовскитом, но они также очень плохие при термической стабильности»,-сказала Корреа-Баена.

Как только солнечный свет попадает в клетки перовскита, и они нагреваются, молекулы PEAI начинают двигаться, а эффективность падает.Так что теперь команда работает над проблемой тепловой стабильности.

Для этого Корреа-Бена обращается к химику и материалому-химику Джорджии Антонио Фаскеетти для разработки новых молекул, которые могут предотвратить взаимодействие с водой и оставаться стабильными при высоких температурах.

Это будет следующая глава в истории Корреа-Бэна, сказала, что технология пишет, чтобы помочь Грузии лидером в области технологий солнечной энергии.

«Индустрия уже очень заинтересована, когда появляются компании по всей территории США и пытаются коммерциализировать это. Все технологии, которые мы создаем здесь, в Georgia Tech, в конечном итоге смогут быть переведены в промышленность», - сказал он.«Мы хотим создать экосистему, где Грузия становится большой в производственных мероприятиях солнечной энергии, и, надеюсь, это будет включать перовскиты».

Больше информации: Хуанита Идальго и др., Синергетическая роль воды и кислорода приводит к деградации в галогенидных перовскитах на основе формамидиния, журнале Американского химического общества (2023).Doi: 10.1021/jacs.3c05657