Streszczenie
Niedawno grupa Hu Linhua, naukowca z Wydziału Materiałów Energetycznych i Fabrykacji Urządzeń, Instytutu Fizyki Ciała Stałego, Instytutu Materiałoznawstwa Hefei, Chińskiej Akademii Nauk, we współpracy z zagranicznymi naukowcami, uzyskała samoregenerujące się ogniwo słoneczne z tytanitu wapnia, a związane z tym wyniki zostały opublikowane w Journal of Energy Chemistry.
Spis treści
>Tło rozwoju ogniw słonecznych z rud wapniowo-tytanowych
>Zasada "samoregeneracji" w ogniwach słonecznych z tlenku wapnia i tytanu
>Badania nad ogniwami słonecznymi z kalcytonitu docenione
Podstawy ogniw słonecznych z rud tytanu i wapnia
Obecnie, wydajność fotowoltaiczna ogniw słonecznych z tytanitu wapnia osiągnęła 25,5%, ale materiały z tytanitu wapnia są wrażliwe na promieniowanie, wilgotność itp. i są podatne na degradację pod wpływem warunków atmosferycznych, co poważnie wpływa na ich zastosowanie. Dlatego ważne jest, aby opracować wysokowydajne, wysoce stabilne i samoregenerujące się ogniwa słoneczne z tytanitu wapnia.
Zasada "samoregeneracji" dla ogniw słonecznych z tlenku wapnia i tytanu
Wilgoć jest kluczowym czynnikiem powodującym uszkodzenie ogniw słonecznych z tlenku wapnia i tytanu, gdy są one eksploatowane w powietrzu. Naukowcy wprowadzili poliwinylopirolidon do materiału pochłaniającego światło tytanitu wapnia, dzięki czemu uzyskali ogniwo słoneczne z silną funkcją samoregeneracji i znacznie poprawioną stabilnością wilgotności. Poliwinylopirolidon, długołańcuchowy polimer izolacyjny o dużej gęstości polarnych grup karbonylowych, został wprowadzony do ogniwa słonecznego w celu enkapsulacji MAPbI3, tworząc hydrofobową "barierę", która zapobiega wnikaniu cząsteczek wody. Może również oddziaływać z grupą -NH2 jonu metyloaminowego (MA+), tworząc wiązania wodorowe (rysunek 1), hamując rozkład i ulatnianie się metyloaminy, a tym samym poprawiając zdolność komórki do "samoleczenia". Ponadto, poliwinylopirolidon jest zdolny do tworzenia kompleksu pośredniego z jodometanaminą, co hamuje szybkość zarodkowania kryształów chalkogenidów. Wprowadzenie poliwinylopirolidonu umożliwia wielokrotne samoregenerowanie się ogniwa (rys. 2), znacznie wydłużając jego żywotność oraz pozwalając na zmniejszenie ilości defektów i większych ziaren w folii chalcogenidowej, co poprawia sprawność fotowoltaiczną ogniwa.
Rysunek 1: (a) i (b) Ścieżki degradacji materiałów chalkogenicznych w obecności cząsteczek wody; widma 1H NMR MAI i MAI zawierającego poliwinylopirolidon w roztworze DMSO-d6 (c) oraz widma 13C NMR (d); (e) widma FTIR MAI, poliwinylopirolidonu przygotowanego przez zmieszanie poliwinylopirolidonu z MAI w stosunku molowym 1:1, ze strzałkami C= O i piki drgań rozciągających CH3; (f) widma XRD błon chalkogenicznych przy różnych stężeniach roztworów poliwinylopirolidonu; (g) wykresy XPS błon O 1s z i bez poliwinylopirolidonu po 200 h.
Rysunek 2: Warstwy z (a) i bez (b) poliwinylopirolidonu, pokazujące zmianę stanu po 60 sekundach natryskiwania parą wodną i 30 sekundach samoregeneracji; (c) schemat procesu samoregeneracji warstw chalcogenidowych; (d) stabilność wilgotnościowa chalcogenidowych ogniw słonecznych zawierających 6 mg mL-1 poliwinylopirolidonu przy wilgotności względnej 65 ± 5%.
Uznane badania i rozwój w zakresie ogniw słonecznych z tytanitu wapnia
Prace badawcze były wspierane przez National Key R&D Programme of China, the National Natural Science Foundation of China, the "Western Light" talent training programme of the Chinese Academy of Sciences, and the European Horizon 2020 programme.