Effektivitet på 21 procent! Ny materialberedning för batterier av kalcium-titanmalm presenteras

I ett samarbete mellan forskare vid Monash University i Australien och Wuhan University of Technology i Kina säger paret att de kunde uppnå en omvandlingseffektivitet på 21 procent med blyacetat som prekursormaterial för tillverkning av formamid-cesiumkalkogenidsolceller.

Verkningsgraden sägs vara det bästa registrerade resultatet för en enhet gjord av en icke-halid blykälla. Detta kan bana väg för industriell tillverkning av hållbara, högeffektiva kalkogenid solceller.

Vanligtvis använder de flesta kalkogenid-solcellsforskning blyhalider, särskilt en förening som kallas blyjodid. Blyjodid måste dock vara 99,99 procent ren och är därför dyr att använda i celler.

För att lösa detta problem blev teamet först med att använda blyacetat snarare än blyjodid för att skapa stabila formamid-cesiumkalkogenidsolceller.

Testanordningarna visade stor termisk stabilitet och fortsatte att fungera efter 3300 timmar vid 65 grader utan förlust av effektivitet.

En mindre prototyp av solcellsmodul med dessa celler uppnådde en verkningsgrad på 18,8 procent. Stora områden av kalkogenidskikt tillverkades av en enstegs bladbeläggning, vilket visar den potentiella genomförbarheten av industriell tillverkning.

Huvudförfattaren Jie Zhao, doktorand vid Monash University, sa: "Vi har kunnat använda blyacetat i en spin-coatingprocess i ett steg för att erhålla perfekta, högkvalitativa formamid-cesiumkalkogenidfilmer ... Eftersom vi inte behöver något antilösningsmedel kan vi uppnå detta med storskaliga tekniker som bladbeläggning, vilket innebär att industriell produktion är genomförbar."

Den hemliga ingrediensen ammonium

Jämfört med kisel har tunnfilmssolceller gjorda av kalkogenid potential att förvandla solenergisektorn eftersom de är billiga att tillverka, flexibla och har ett avstämbart bandgap.

Men forskare brottas fortfarande med tillförlitlighetsfrågor och måste hitta ett sätt att tillverka enheter som kan tillverkas kommersiellt.

På grund av deras utmärkta stabilitet, fastställde forskarna att kalkogenider tillverkade med formamid och cesium var idealiska kommersiella kandidater. Tidigare försök att syntetisera dem med blyacetat som prekursor hade misslyckats.

För att undersöka och lösa detta problem undersökte forskarna de underliggande molekylära mekanismerna.

Med hjälp av röntgendiffraktion och kärnmagnetisk resonansspektroskopi identifierade forskarna behovet av att använda ammonium som en flyktig katjon (positivt laddad jon) i ett kritiskt skede.

Den bidragande författaren Sebastian Fürer sa: "Närvaron av ammonium tjänar till att driva bort kvarvarande ättiksyra under glödgningsprocessen utan att det bildas oönskade biprodukter."

Den kemiska föreningen blyacetat är en mycket lovande alternativ prekursor för att skapa släta filmer med färre defekter än blyhalogenid, sa forskarna.

Hittills har blyacetat endast använts för att tillverka metylammonium eller cesiumbaserade kalkogenider, som är relativt instabila och olämpliga för praktiska tillämpningar.

Motsvarande författare Wenxin Mao sa: "Vi förser hela forskarsamhället med en andra metod för att tillverka kalkogenidsolceller av hög kvalitet."

Nyligen sa forskare vid Helmholtz-Zentrum Berlin Center att de hade uppnått en omvandlingseffektivitet på 32,5 procent i en staplad solcell, den högsta någonsin för denna teknik och ett världsrekord. Den nya laminerade solcellen består av en kiselcell på botten och en kalciumtitanitcell på toppen.

I november kombinerade ett forskarlag från Baden-Württemberg Center for Solar Energy and Hydrogen Research i Stuttgart, Tyskland, kalkogenid med kopparindiumgalliumselenid för att skapa en staplad solcellsmodul med en verkningsgrad på mer än 21 procent.