ملخص

في الآونة الأخيرة ، تعاون Hu Linhua ، الباحث في قسم أبحاث تصنيع المواد والأجهزة في معهد فيزياء الحالة الصلبة ، معاهد Hefei للعلوم الفيزيائية ، الأكاديمية الصينية للعلوم ، مع باحثين أجانب لتحقيق الشفاء الذاتي لخلايا بيروفسكايت الشمسية. ونشرت النتائج ذات الصلة في مجلة كيمياء الطاقة.

المحتوى

> خلفية البحث والتطوير للخلايا الشمسية البيروفسكايت

> مبدأ "الشفاء الذاتي" لخلايا البيروفسكايت الشمسية

> تم التعرف على البحث والتطوير للخلايا الشمسية من البيروفسكايت

خلفية البحث والتطوير للخلايا الشمسية البيروفسكايت

في الوقت الحاضر ، وصلت كفاءة التحويل الكهروضوئي لخلايا البيروفسكايت الشمسية إلى 25.5٪ ، لكن مواد البيروفسكايت حساسة للإشعاع والرطوبة ، وتتحلل بسهولة عند تعرضها للظروف الجوية ، مما يؤثر بشكل خطير على استخدامها. لذلك ، من المهم بشكل خاص تطوير أجهزة الخلايا الشمسية البيروفسكايت ذات الأداء العالي والثبات العالي ووظيفة الشفاء الذاتي.

مبدأ "الشفاء الذاتي" لخلايا البيروفسكايت الشمسية

عندما تعمل خلايا البيروفسكايت الشمسية في بيئة هوائية ، فإن الرطوبة هي أحد العوامل الرئيسية التي تؤدي إلى تحللها. في ضوء ذلك ، أدخل الباحثون البولي فينيل بيروليدون في مادة البيروفسكايت الممتصة للضوء ، بحيث يكون للخلية الشمسية المُصنَّعة وظيفة قوية للشفاء الذاتي وتحسن استقرار الرطوبة بشكل كبير. تم إدخال Polyvinylpyrrolidone ، وهو بوليمر عازل طويل السلسلة بكثافة عالية من مجموعات الكربونيل القطبية ، في الخلايا الشمسية لتغليف MAPbI3 لتشكيل "حاجز" كاره للماء يمنع تغلغل جزيئات الماء. يمكن أن يشكل أيضًا تفاعل رابطة الهيدروجين مع مجموعة NH2 من أيون ميثيل أمين (MA +) (الشكل 1) ، ويمنع تحلل وتطاير ميثيل أمين ، وبالتالي تحسين قدرة البطارية على "الشفاء الذاتي". بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يشكل البولي فينيل بيروليدون مركبًا وسيطًا مع يودوميثيلامين ، والذي يثبط معدل التنوي لبلورات البيروفسكايت. يحقق إدخال البولي فينيل بيروليدون إصلاحات ذاتية متعددة للبطارية (الشكل 2) ، مما يحسن بشكل كبير من عمر عمل البطارية ، ويقلل من عيوب طبقة البيروفسكايت ، ويزيد من حجم الحبوب ، ويحسن كفاءة التحويل الكهروضوئي للبطارية.

الشكل 1: (أ) و (ب) مسارات تدهور مواد البيروفسكايت في وجود جزيئات الماء ؛ أطياف H NMR (ج) و 13 C أطياف NMR من MAI و MAI التي تحتوي على البولي فينيل بيروليدون في محلول DMSO-d6 (د) ؛ (هـ) أطياف FTIR لـ MAI و polyvinylpyrrolidone المحضرة عن طريق خلط polyvinylpyrrolidone و MAI بنسبة مولارية 1: 1 ، الأسهم هي قمم اهتزاز ممتدة لـ C = O و CH3 ؛ (و) تركيزات مختلفة لأنماط البولي فينيل بيروليدون XRD لأفلام البيروفسكايت في المحلول ؛ (ز) أنماط XPS لـ O 1s مع وبدون البولي فينيل بيروليدون بعد 200 ساعة.

الشكل 2: الأفلام التي تحتوي على (أ) وبدون (ب) بولي فينيل بيروليدون ، تظهر تغير الحالة بعد 60 ثانية من رش بخار الماء والشفاء الذاتي لمدة 30 ثانية ؛ (ج) رسم تخطيطي لعملية الشفاء الذاتي لأفلام البيروفسكايت ؛ ( د) استقرار الرطوبة لخلايا البيروفسكايت الشمسية المحتوية على 6 مجم مل -1 بولي فينيل بيروليدون عند 65 ± 5٪ رطوبة نسبية.

التعرف على أبحاث الخلايا الشمسية البيروفسكايت وتطويرها

يتم دعم العمل البحثي من قبل البرنامج الوطني للبحث والتطوير ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين ، وبرنامج تدريب المواهب "ضوء الغرب" التابع للأكاديمية الصينية للعلوم ، وبرنامج "الأفق الأوروبي 2020".