Перовскитные солнечные элементы

Обзор

Перовскитные солнечные элементы используют полупроводники со структурным мотивом ABX3, обычно содержащие органический или неорганические катионы A-сайта . металл на участке B и галидные анионы Их сильное поглощение, регулируемый зазор полосы и длинные длины диффузии носителей позволяют создавать эффективные устройства из относительно низкотемпературных растворов или паровых процессов.

Технические основы

Галидные перовскиты принимают металл-галогенида октаэдру, чья композиция контролирует симметрию решетки и полосы разрыва. Поглощенные фотоны создают электронные дыры, которые термизуются и диффундируют к селективным контактам. Напряжение устройства ограничено радиационной и нерадиационной рекомбинации, тогда как ток зависит от поглощения . Многие точечные дефекты относительно неглубокие, но поверхности и плохо выровненные транспортные слои создают глубокие ловушки. Мобильные ионизированный вид перераспределяется под освещением, связывая электронный ответ с более медленными структурно-химическими процессами.

Как это работает

Свет создает подвижные электроны и дырки в перовскитном слое. Селективные транспортные слои извлекают противоположные носители заряда в направлении электродов, подавляя рекомбинацию. Состав, рост кристаллов и дефект пассивации определяют напряжение. В тандемных устройствах, широкополосная перовскитовая клетка собирает фотоны с более высокой энергией над кремниевой или субкеллой.

Методы измерения и исследования

Исследовательские ячейки характеризуются сканированием тока в обоих направлениях, стабилизированным отслеживанием максимальной мощности и внешними спектрами квантовой эффективности. Сообщение о площади апертуры, скорости сканирования и предварительной кондиционации необходимо потому что гистерезис может надуть изолированное изображение. Разрешенная временем фотолюминесценция, импедансная спектроскопия и переходные измерения зондируют рекомбинацию или транспортировку; дифракционная электронная микроскопья (ЭМС) а также поверхностнуюспектрометрию раскрывают фазы. Ускоренные протоколы старения сочетают в себе тепло, Влажность и электрическое искажение; однако для экстраполяции на протяжении жизни требуется проверка моделей отказов по сравнению с внешними модулями вместо одного короткого стресс-теста.

Ключевые идеи

• Высокая эффективность лаборатории должна оцениваться вместе с операционной стабильностью и масштабируемой площадью.
• Интерфейсы и мобильные Ионы могут доминировать в гистерезис, деградации или долгосрочной производительности.
• Инкапсуляция и переработка являются неотъемлемой частью управления влагой, кислородом или свинцово-содержащими материалами.

Современные исследовательские границы

Текущая разработка подчеркивает тандемы перовскита-кремниевого кремния, масштабируемое покрытие и композиции которые сопротивляются сегрегации фаз. Молекулярные пассиваторы уменьшают межфазную рекомбинацию, двумерный защелкивающий слой снижает проникновение влаги и диффузионных барьеров ограничивает миграция металлов. Стратегии управления свинцом включают надежную инкапсуляцию, улавливание слоев с замкнутым контуром; замена лидов без ущерба для электронного качества остается сложной задачей. Исследования в области производства контролируют испарение растворителей, кристаллизацию на больших участках при одновременном снижении токсичных химических веществ. Ключевые открытыые вопросы касаются многолетней стабильности, воспроизводимой выходной мощности модулей и банковских данных о полевых условиях; они включают в себя источники сырья для материалов .

Почему это важно

Перовскиты могут снизить фотоэлектрическую энергию производства и обеспечить легкие, гибкие или высокоэффективные модули. Их настраиваемая химия также поддерживает фотоприемники, светоизлучающие устройства и датчики излучения.

Пределы и открытыые вопросы

Тепло, освещение и электрическое смещение могут привести к фазовой разделению или химическому разложению. Токсичность свинца, обработка растворителей и электродные реакции остаются основными проблемами инженерного проектирования.