Abstract
Onlangs heeft de groep van Hu Linhua, een onderzoeker van de afdeling Energie Materialen en Apparaten Fabricage, Instituut voor Vaste-stoffysica, Hefei Instituut voor Materiaalwetenschappen, Chinese Academie van Wetenschappen, in samenwerking met buitenlandse onderzoekers, een zelfherstellende calciumtitaniet zonnecel tot stand gebracht, en de daarmee verband houdende resultaten zijn gepubliceerd in het Journal of Energy Chemistry.
Inhoud
>Achtergrond van de ontwikkeling van zonnecellen uit calciumtitaniumerts
>Het principe van "zelf-herstel" in calcium-titanium oxide zonnecellen
>Calcitoniet zonnecelonderzoek erkend
Achtergrond van zonnecellen op basis van calciumtitaanerts
Momenteel heeft het fotovoltaïsch rendement van calciumtitanietzonnecellen 25,5% bereikt, maar calciumtitanietmaterialen zijn gevoelig voor straling, vochtigheid, enz. en zijn gevoelig voor degradatie bij blootstelling aan atmosferische omstandigheden, wat hun gebruik ernstig beïnvloedt. Daarom is het belangrijk om krachtige, zeer stabiele en zelfherstellende calciumtitaniet zonnecelelementen te ontwikkelen.
Het principe van "zelfgenezing" voor calcium-titaniumoxide zonnecellen
Vocht is een belangrijke factor bij de afbraak van calcium-titaniumoxide zonnecellen wanneer deze in lucht worden gebruikt. De onderzoekers hebben polyvinylpyrrolidon in het lichtabsorberende materiaal calciumtitaniet ingebracht, wat heeft geleid tot een zonnecel met een sterke zelfherstellende functie en een aanzienlijk verbeterde vochtstabiliteit. Polyvinylpyrrolidon, een lange-keten isolerend polymeer met een hoge dichtheid van polaire carbonylgroepen, werd in de zonnecel gebracht om MAPbI3 in te kapselen, waardoor een hydrofobe "barrière" werd gevormd die het binnendringen van watermoleculen verhindert. Het kan ook een wisselwerking aangaan met de -NH2-groep van het methylamine-ion (MA+) om waterstofbruggen te vormen (figuur 1), waardoor de afbraak en vervluchtiging van methylamine wordt geremd en het "zelfgenezend" vermogen van de cel dus wordt verbeterd. Bovendien kan polyvinylpyrrolidon een intermediair complex vormen met jodomethanamine, dat de snelheid van de kernenvorming van chalcogenidekristallen remt. Door de toevoeging van polyvinylpyrrolidon kan de cel zichzelf meerdere malen genezen (figuur 2), waardoor de levensduur van de cel aanzienlijk wordt verlengd en er minder defecten en grotere korrels in de chalcogenidefilm kunnen ontstaan, waardoor het fotovoltaïsch rendement van de cel wordt verbeterd.
Figuur 1: (a) en (b) Degradatiewegen van chalcogenidematerialen in aanwezigheid van watermoleculen; 1H NMR spectra van MAI en MAI dat polyvinylpyrrolidon bevat in DMSO-d6 oplossing (c) en 13C NMR spectra (d); (e) FTIR spectra van MAI, polyvinylpyrrolidon bereid door polyvinylpyrrolidon te mengen met MAI in een 1:1 molaire verhouding, met pijlen van C= O- en CH3-strekvibratiepieken; (f) XRD-spectra van chalcogenidefilms bij verschillende concentraties polyvinylpyrrolidon-oplossingen; (g) XPS-plots van O 1s met en zonder polyvinylpyrrolidon na 200 h.
Figuur 2: Films met (a) en zonder (b) polyvinylpyrrolidon, met de toestandsverandering na 60 seconden waterdampverstuiving en 30 seconden zelfheling; (c) schematisch diagram van het zelfhelingproces van de chalcogenide films; (d) vochtstabiliteit van de chalcogenide zonnecellen met 6 mg mL-1 polyvinylpyrrolidon bij 65 ± 5% relatieve vochtigheid.
Onderzoek en ontwikkeling van calciumtitanietzonnecellen erkend
Het onderzoekswerk werd gesteund door het National Key R&D Programme van China, de National Natural Science Foundation van China, het talentopleidingsprogramma "Western Light" van de Chinese Academie van Wetenschappen, en het Europese Horizon 2020-programma.