Использование термотропных жидких кристаллов для повышения эффективности и стабильности солнечных модулей перовскита

Кредит: Yang et al.

Солнечные батареи и фотоэлектрические (PVS) становятся все более распространенными, что способствует постоянным усилиям, направленным на декарбонизация производства электроэнергии.Солнечные элементы, основанные на перовскитах, классе минералов, которые могут использовать части солнечного спектра, недавно достигли высокооблавной эффективности и стабильности преобразования энергии.

Несмотря на эти обнадеживающие результаты, до сих пор оказалось, что масштабирование солнечных элементов Perrovskite стало сложным.Как правило, их эффективность, по -видимому, значительно снижается по мере увеличения их площади поверхности.

Исследователи из Северо -Западного университета, Института химических наук и инженерии (EPFL) и других институтов по всему миру недавно представили новую стратегию проектирования, которая могла бы помочь повысить эффективность и стабильность солнечных модулей перовскита.Их предлагаемый метод, изложенный в природе энергии, влечет за собой добавление термотропных жидких кристаллов, которые защищают солнечные элементы от факторов стресса окружающей среды и улучшают их стабильность.

«Наша недавняя статья проистекает из растущей потребности в эффективных и стабильных солнечных модулях перовскита»,-заявили Tech Xplore, соавторы бумаги, соавторы газеты, доктор Йи Ян и Мохаммад Хаджа Насируддин.

«Мы стремились решить проблемы, с которыми сталкиваются предыдущие исследовательские усилия, опираясь на понимание достижений в области материаловедения и фотоэлектрической области. Наша основная цель состояла в том, чтобы разработать подход к изготовлению, который повышает эффективность и стабильность, раздвигая границы солнечной технологии Перовскита».

Предыдущие исследования, в которых изучалось использование жидких кристаллов для защиты солнечных элементов перовскита, обычно использовались их в качестве обычных пассивирующих и транспортных материалов.Эти исследования упустили из виду термотропные свойства этих кристаллов, или, другими словами, их движения в ответ на тепло и изменения температуры.

Доктор Ян, доктор Назируддин и их коллеги решили разработать новую добавку, которая использует эти термотропные свойства.Их предлагаемая стратегия предотвращает испарительную кристаллизацию, типичную для обычных добавок, и последующее накопление кристаллов на интерфейсах, что в конечном итоге обеспечивает равномерную пассивацию перовскитных пленок крупной области.

«Предыдущие добавки, как правило, собираются в пленке Перовскита во время совместного осаждения в ходе испарения растворителя, предотвращая движение носителей заряда»,-сказали доктор Ян и доктор Назируддин.«Это привело нас к сформулированию гипотезы: изучение альтернативных методов обработки за пределами обычно используемого испарительного осаждения, и кристаллизация может потенциально уменьшить дефекты и наличие изоляционных включений».

Недавнее исследование, проведенное исследователями, показывает, что из-за их фазового перехода, индуцированного теплом, термотропные жидкие кристаллы могут избежать агрегации, связанной с другими ранее предложенными жидкокристаллическими добавками.По сути, они останутся жидкостью, даже когда перовскиты затвердевают, что облегчает движение носителей заряда в солнечных модулях в течение более длительных периодов времени.

«Эффективная диффузия в смешанной жидко-твердой системе позволила жидкокристаллическим молекулам равномерно распределять по всей пленке для однородной пассивации дефектов»,-пояснили исследователи.

В начальных испытаниях новые добавки, предложенные доктором Янгом, доктором Назируддина и их сотрудников, достигли поощрения результатов, что дает хорошую стабильность, эффективность быстрого сканирования 21,8% и стабилизированную эффективность 21,1% для 30 см2 модулей перовскита.Эти результаты могут вдохновить другие исследовательские группы, разрабатывающие солнечные элементы перовскита на экспериментирование с добавками на основе термотропных жидких кристаллов.

«Мы представили стратегию с использованием термотропных жидких кристаллов, чтобы избежать испарительного осаждения традиционных добавок и, следовательно, их накопления раздела, что позволило равномерной пассивации перовскитных пленок крупной области»,-добавили доктор Ян и доктор Назируддин.

«Наш подход может быть распространен до производителя покрытий с лот-дюймом для изготовления подмодулей перовскита с более крупной районом. Функциональность и фазовые структуры могут быть дополнительно оптимизированы для повышения роста кристаллов, производительности устройства и стабильности».

Больше информации: Yi Yang et al. Термотропный жидкий кристалл обеспечивает эффективные и стабильные солнечные модули перовскита, энергия природы (2024).Doi: 10.1038/s41560-023-014444-z.

© 2024 Science X Network