Znaczący przełom! Udowodniono, że chlor całkowicie zmienia wydajność ogniw słonecznych

W miarę pogłębiania się naszej wiedzy na temat perowskitowych ogniw słonecznych naukowcy zagłębiają się w materiały, aby obserwować ich strukturę, sposób, w jaki przepływają przez nie elektrony oraz wszelkie przeszkody ograniczające wydajność.

Wykazano, że wady materiałów, zwłaszcza na granicach między ziarnami, powodują problemy, prowadząc do szybkiej degradacji struktury pod wpływem promieniowania UV lub wilgoci. Wśród wielu metod zaproponowanych w celu rozwiązania tego problemu, akumulatory domieszkowane chlorem wykazały znaczną poprawę.

Jednakże naukowcy ciężko pracowali, aby wyjaśnić, dlaczego chlor wywołuje takie efekty i czy nadal występuje w materiale po osadzeniu. To punkt wyjścia dla grupy naukowców kierowanej przez Instytut Nauki i Technologii Okinawa (OIST). „Społeczność badawcza nie wie, dlaczego widzi te ulepszenia” – wyjaśnił naukowiec z OIST, Afshan Jamshaid. „Po dodaniu badacze nie mogą śledzić chloru – nie mogą określić, czy chlor przenika do materiału perowskitowego, pozostaje na powierzchni, czy nawet opuszcza materiał podczas procesu produkcyjnego”.

Aby udzielić jasnej odpowiedzi, Jamshaid i zespół rozpoczęli produkcję perowskitowych folii słonecznych domieszkowanych chlorem i przyglądali się ich strukturze na poziomie atomowym, aby potwierdzić obecność chloru. Korzystając z techniki obrazowania zwanej skaningową mikroskopią tunelową, zaobserwowali ciemne wgłębienia na powierzchni cienkiej warstwy, których nie było w próbkach niezawierających domieszki chloru.

Potwierdzono, że ciemniejsze plamy na powierzchni folii to atomy chloru.

Następnie udało im się obliczyć (z pomocą współpracowników z Uniwersytetu Suzhou w Chinach), że te czarne plamy to plamy jodu podstawionego chlorem w strukturze perowskitu. Ze względu na obecność większej ilości chloru na granicach ziaren podejrzewają, że chlor może pomóc zmniejszyć liczbę defektów powierzchniowych materiału i zwiększyć jego stabilność. Ich prace zostały w pełni opisane w artykule opublikowanym w Energy and Environmental Science zatytułowanym „Atomicscale Insights on Enhancing the Surface Stability of Methylammonium Lead Iodide Perovskite Through Controlled Deposition of Lead Chloride”.

Grupa eksperymentowała także z różnymi czasami osadzania, aby zmienić końcowe stężenie chloru w materiale. Dzięki temu mogą twierdzić, że 14,8% reprezentuje idealne stężenie powierzchniowe chloru w celu poprawy stabilności. Jakakolwiek niższa poprawa nie będzie tak znacząca, a wyższy chlor zacznie całkowicie zmieniać inne właściwości perowskitu.

Planują kontynuować badania nad możliwością wykorzystania chloru jako środka domieszkującego perowskit, a kolejnym krokiem będzie stworzenie w pełni sprawnego ogniwa słonecznego opartego na warstwach perowskitu domieszkowanego chlorem. „Takie podstawowe badania są bardzo ważne – pomagają inżynierom sprzętu określić optymalny proces produkcyjny bez konieczności stosowania nadmiernych prób i błędów” – powiedział Jamshaid. „Zrozumienie, w jaki sposób domieszki mogą ulepszyć materiały, może nam również pomóc w znalezieniu nowych mieszanin chemicznych, które mogą mieć lepsze działanie”.