Blog single photo

Ny teknikk lar forskere kartlegge belastning i neste generasjons solceller - Tech Xplore

Bilde av en perovskitt solcelle, oppnådd ved teamets forbedrede metode for elektronisk avbildning, og viser individuell kornstruktur. Kreditt: Jariwala et al., Joule, 2019              Folk kan være flinke til å skjule belastning, og vi er ikke alene. Solceller har samme talent. For en solcelle kan fysisk belastning i den mikroskopiske krystallstrukturen avbryte kjernefunksjonen con omforme sollys til elektrisitet by ved i det vesentlige å "miste" energi som varme. For en ny type solcelle, kjent som blyhalogenid-perovskitter, er reduksjon og temming av dette tapet nøkkelen til å forbedre effektiviteten og sette perovskittene på nivå med dagens silisiumsolceller.                                                                                                                                For å forstå hvor belastningen bygger seg opp i en solcelle og utløser energitapet, må forskere visualisere den underliggende kornstrukturen til perovskittkrystaller i solcellen. Men den beste tilnærmingen innebærer å bombardere solcellen med høyenergi-elektroner, som i hovedsak brenner solcellen og gjør den ubrukelig. Forskere fra University of Washington og FOM Institute for Atomic and Molecular Physics i Nederland har utviklet en måte å belyse belastningen på bly-halogenid perovskitt solceller uten å skade dem. Deres tilnærming, publisert på nettet 10. september i Joule, lyktes med å avbilde kornstrukturen til en perovskitt solcelle, og viste at feilorientering mellom mikroskopiske perovskittkrystaller er den viktigste bidragsyteren til oppbygging av belastning i solcellen. Misorientering av krystall skaper småskala defekter i kornstrukturen, som avbryter transporten av elektroner i solcellen og fører til varmetap gjennom en prosess som kalles ikke-strålende rekombinasjon. "Ved å kombinere vår optiske avbildning med den nye elektrondetektoren som er utviklet på FOM, kan vi faktisk se hvordan de individuelle krystaller er orientert og satt sammen i en perovskitt solcelle," sa seniorforfatter David Ginger, UW-professor i kjemi og sjefforsker ved det UW-baserte Clean Energy Institute. "Vi kan vise at belastningen bygger seg opp på grunn av kornorienteringen, som er informasjon forskere kan bruke for å forbedre perovskitesyntese og produksjonsprosesser for å realisere bedre solceller med minimal belastning og derfor minimalt varmetap på grunn av ikke-strålende rekombinasjon." Perovskitter av blyhalogenid er billige, utskrivbare, krystallinske forbindelser som viser løfter som rimelige, tilpasningsdyktige og effektive alternativer til silisium- eller galliumarsenid-solceller som er mye brukt i dag. Men selv de beste perovskittiske solcellene mister litt elektrisitet som varme på mikroskopiske steder spredt over cellen, noe som demper effektiviteten.                                                                                            Forskere har lenge brukt fluorescensmikroskopi for å identifisere plasseringene på perovskittens solcelleoverflate som reduserer effektiviteten. Men for å identifisere plasseringen av mangler som forårsaker varmetapet, må forskere forestille seg filmenes sanne kornstruktur, ifølge førsteforfatter Sarthak Jariwala, en UW-doktorgradsstudent i materialvitenskap og ingeniørfag og en Clean Energy Institute Graduate Fellow.                               De tynne linjene viser kornstrukturen til en perovskitt solcelle oppnådd ved bruk av en ny type elektron-tilbakespredningsdiffraksjon. Forskere kan bruke en annen teknikk for å kartlegge steder med høyt energitap (mørk lilla) og lavt energitap (gult). Kreditt: Jariwala et al., Joule, 2019              "Historisk har det ikke vært mulig å avbilde solcellens underliggende sanne kornstruktur uten å skade solcellen," sa Jariwala. Typiske tilnærminger for å se den interne strukturen bruker en form for elektronmikroskopi kalt elektron backscatter diffraksjon, som normalt ville brenne solcellen. Men forskere ved FOM Institute for Atomic and Molecular Physics, ledet av medforfatterne Erik Garnett og Bruno Ehrler, utviklet en forbedret detektor som kan fange elektron-tilbakespredningsdiffraksjonsbilder ved lavere eksponeringstider, og bevare solcellestrukturen. Bildene av perovskittiske solceller fra Ingers laboratorium avslører en kornstruktur som ligner en tørr sjøbunn, med "sprekker" som representerer grensene blant tusenvis av individuelle perovskittekorn. Ved å bruke disse bildedataene kunne forskerne for første gang kartlegge 3D-orientering av krystaller i en fungerende perovskitt solcelle. De kunne også bestemme hvor feiljustering blant krystaller skapte belastning. Da forskerne la over bilder av perovskittens kornstruktur med sentre for ikke-strålende rekombinasjon, som Jariwala avbildet ved hjelp av fluorescensmikroskopi, oppdaget de at ikke-strålande rekombinasjon også kunne skje vekk fra synlige grenser. "Vi tror at belastningen lokalt deformerer perovskittstrukturen og forårsaker feil," sa Ginger. "Disse feilene kan da forstyrre transporten av elektrisk strøm i solcellen, og forårsake ikke-strålende rekombinasjon ellers andre steder på overflaten." Mens Ingers team tidligere har utviklet metoder for å "helbrede" noen av disse defektene som fungerer som sentre for ikke-strålende rekombinasjon i perovskite solceller, vil ideelt sett forskere gjerne utvikle perovskitesyntesemetoder som vil redusere eller eliminere ikke-strålende rekombinasjon helt. "Nå kan vi utforske strategier som å kontrollere kornstørrelse og orienteringsspredning under den perovskite synteseprosessen," sa Ginger. "Det kan være ruter for å redusere feilorientering og belastning og for å forhindre at det oppstår defekter i utgangspunktet."                                                                                                                                                                   Mer informasjon: Sarthak Jariwala et al, Local Crystal Misorientation Influences Non-radiative Recombination in Halide Perovskites, Joule (2019). DOI: 10.1016 / j.joule.2019.09.001 Journalinformasjon: Joule                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            Sitering:                                                  Ny teknikk lar forskere kartlegge belastning i neste generasjons solceller (2019, 31. oktober)                                                  hentet 1. november 2019                                                  fra https://techxplore.com/news/2019-10-technique-strain-next-gen-solar-cells.html                                                                                                                                       Dette dokumentet er underlagt copyright. Bortsett fra enhver rettferdig omgang for privat studier eller forskning, nei                                             del kan reproduseres uten skriftlig tillatelse. Innholdet er kun gitt til informasjonsformål.                                                                                                                                Les mer



footer
Top