Новый метод включает ванну растворителя комнатной температуры, чтобы создать кристаллы перовскита, а не взрыв тепла, используемого в текущих методах кристаллизации. Исследование издало в Королевском обществе Журнала Химии Химии Материалов шоу, что техника создает высококачественные прозрачные фильмы с точным контролем над толщиной через большие площади и могла указать путь к методам массового производства для клеток перовскита.
Перовскиты, класс прозрачных материалов, вызвали настоящее движение в мире экологически чистой энергии. Фильмы перовскита – превосходные легкие поглотители и намного более дешевые, чтобы сделать, чем кремниевые вафли используемый в стандартных солнечных батареях. Эффективность клеток перовскита – процент солнечного света, преобразованного в электричество – увеличилась в колеблющемся темпе всего за несколько лет.
Первые клетки перовскита, введенные в 2009, управляли эффективностью только приблизительно 4 процентов, большой разницей по сравнению с 25-процентной эффективностью, имевшей стандартными кремниевыми клетками. Но к прошлому году, клетки перовскита были удостоверены как наличие больше чем 20-процентной эффективности. То быстрое улучшение работы обещает, и исследователи мчатся, чтобы начать использовать клетки перовскита в коммерческих продуктах.
Есть много различных способов сделать фильмы, но почти все они требуют тепла. Прекурсоры перовскита растворены в решение, которое тогда покрыто на основание.
Тепло подано, чтобы удалить растворитель, оставив кристаллы перовскита, чтобы сформироваться в фильме через основание.«Люди преуспели, покрывается пленкой относительно небольшие районы – доля приблизительно одного сантиметра квадрат. Но они должны были пойти в температуры от 100 до 150 градусов Цельсия, и тот процесс нагрева вызывает много проблем», сказал Нитин Пэдтьюр, преподаватель разработки и директор Института Молекулярных и Наноразмерных Инноваций.Например, кристаллы часто формируются неравномерно, когда пастеризовано, оставляя крошечные крошечные отверстия в фильме.
В солнечной батарее те крошечные отверстия могут уменьшить эффективность. Тепло также ограничивает основания, на которых могут быть депонированы фильмы.
Гибкие пластмассовые основания, например, не могут использоваться, потому что они повреждены высокими температурами.Юаньюань Чжоу, аспирант в лаборатории Пэдтьюра, хотел видеть, был ли способ сделать тонкие пленки кристалла перовскита, не имея необходимость подавать тепло.
Он придумал то, что известно как растворяющая жидкостная экстракция (SSE) подход.В его методе предшественники перовскита расторгнуты в растворителе под названием NMP и покрыты на основание. Затем вместо нагревания основание купается в диэтиловом эфире (ДИ), второй растворитель, который выборочно захватывает растворитель NMP и смахивает его далеко.
То, что оставляют, является ультрагладким фильмом кристаллов перовскита.Поскольку нет никакого включенного нагревания, кристаллы могут быть сформированы о фактически любом основании – даже жарочувствительные основания полимера, используемые в гибкой гелиотехнике.
Другое преимущество состоит в том, что весь процесс кристаллизации SSE занимает меньше чем две минуты, по сравнению с часом или больше для пастеризации. Это делает процесс более поддающимся массовому производству, потому что это может быть сделано в виде сборочного конвейера процесса.Подход SSE также позволяет фильмам быть сделанными очень тонкими, поддерживая высокое качество.
Стандартные фильмы перовскита обычно находятся на заказе 300 миллимикронов толщиной. Но Чжоу был в состоянии сделать высококачественные фильмы столь же тонкими как 20 миллимикронов.
Фильмы SSE могли также быть сделаны больше – несколькихсантиметровый квадрат – не производя крошечные отверстия.«Используя другие методы, когда толщина добирается ниже 100 миллимикронов, Вы можете едва сделать полный охват фильма», сказал Чжоу. «Вы можете сделать фильм, но Вы получаете много крошечных отверстий.
В нашем процессе Вы можете сформировать фильм равномерно вниз к 20 миллимикронам, потому что кристаллизация при комнатной температуре намного более уравновешена и немедленно происходит по целому фильму после купания».Те ультратонкие пленки частично прозрачны (фильмы стандартной толщины черные и непрозрачные), таким образом, они могли использоваться, чтобы сделать фотогальванические окна, говорят исследователи. И щипая предшествующий состав решения для перовскита, Чжоу был в состоянии сделать клетки в различных цветах.
«Они могли потенциально использоваться для декоративных, объединенных со зданием окон, которые могут сделать власть», сказал Пэдтьюр.Группа планирует сделать больше работы, чтобы усовершенствовать процесс, но они поощрены ранними результатами.
Работая с учеными из Национальной Лаборатории Возобновляемой энергии в Колорадо, начальное тестирование клеток, сделанных с фильмами SSE, показало конверсионную эффективность более чем 15 процентов. У солнечных батарей на основе полупрозрачных фильмов на 80 миллимикронов, сделанных использованием процесса, как показывали, была более высокая эффективность, чем какая-либо другая ультратонкая пленка.
«Мы думаем, что это могло быть значительным шагом ко множеству коммерчески доступных продуктов клетки перовскита», сказал Пэдтьюр.