คำแนะนำเกี่ยวกับ Perovskites และ Perovskite Solar Cells

การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite ทำให้พวกเขากลายเป็นดาวเด่นในโลกของแผงเซลล์แสงอาทิตย์และเป็นที่สนใจอย่างมากในแวดวงวิชาการ เนื่องจากวิธีการดำเนินงานของพวกเขายังค่อนข้างใหม่มีโอกาสที่ดีสำหรับการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับฟิสิกส์พื้นฐานและเคมีรอบ ๆ perovskites นอกจากนี้ดังที่แสดงในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา – การปรับปรุงทางวิศวกรรมของสูตร perovskite และขั้นตอนการผลิตได้นำไปสู่การเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานอย่างมีนัยสำคัญด้วยอุปกรณ์ล่าสุดถึง 23% ณ เดือนมิถุนายน 2018

Perovskites คืออะไร

ทำไมเซลล์แสงอาทิตย์ของ Perovskite จึงมีความสำคัญ?

Perovskites เผชิญกับปัญหาอะไรบ้าง

การประดิษฐ์และการวัดค่าของเซลล์แสงอาทิตย์เพอร์มอสไซด์

อนาคตของ Perovskites

คู่มือวิดีโอประดิษฐ์ Perovskite

ผลิตภัณฑ์ Ossila สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite

Perovskites คืออะไร

คำว่า “perovskite” และ “โครงสร้าง perovskite” มักจะใช้แทนกันได้ ในทางเทคนิคแล้วแร่ perovskite เป็นแร่ชนิดหนึ่งที่พบครั้งแรกในเทือกเขาอูราลและตั้งชื่อตามชื่อเลฟเพอร์มอฟซี (ซึ่งเป็นผู้ก่อตั้งสมาคมภูมิศาสตร์รัสเซีย) โครงสร้าง perovskite เป็นสารประกอบใด ๆ ที่มีโครงสร้างเดียวกันกับแร่ perovskite

True perovskite (แร่) ประกอบด้วยแคลเซียมไทเทเนียมและออกซิเจนในรูปแบบ CaTiO 3 ในขณะเดียวกันโครงสร้าง perovskite เป็นสิ่งที่มีรูปแบบทั่วไป ABX 3 และโครงสร้างผลึกเดียวกับ perovskite (แร่) อย่างไรก็ตามเนื่องจากคนส่วนใหญ่ในโลกโซลาร์เซลล์ไม่ได้มีส่วนเกี่ยวข้องกับแร่ธาตุและธรณีวิทยาโครงสร้างของ perovskite และ perovskite จึงถูกนำมาใช้แทนกันได้

การจัดเรียงตาข่าย perovskite แสดงให้เห็นด้านล่าง เช่นเดียวกับโครงสร้างจำนวนมากในผลึกศาสตร์มันสามารถแสดงได้หลายวิธี วิธีที่ง่ายที่สุดในการคิดเกี่ยวกับเพอร์มอฟไซท์นั้นก็คืออิออนบวกขนาดใหญ่หรือประจุบวกโมเลกุล (ประจุบวก) ประเภท A ที่อยู่ตรงกลางของลูกบาศก์ มุมของลูกบาศก์จะถูกครอบครองโดยอะตอม B (เช่นประจุบวกบวก) และใบหน้าของลูกบาศก์นั้นถูกครอบครองโดยอะตอม X ขนาดเล็กที่มีประจุลบ (ประจุลบ)

image

โครงสร้างผลึก perovskite ทั่วไปของแบบฟอร์ม ABX3 โปรดทราบว่าทั้งสองโครงสร้างมีความเท่าเทียมกัน – โครงสร้างด้านซ้ายถูกดึงเพื่อให้อะตอม B อยู่ที่ตำแหน่ง <0,0,0> ในขณะที่โครงสร้างด้านขวาถูกวาดเพื่อให้อะตอม (หรือโมเลกุล) A อยู่ที่ < ตำแหน่ง=”” 0,0,0=””> นอกจากนี้โปรดทราบว่าเส้นเหล่านี้เป็นแนวทางในการนำเสนอการเรียงตัวของผลึกแทนที่จะเป็นรูปแบบการยึดติด

ขึ้นอยู่กับว่าอะตอม / โมเลกุลที่ใช้ในโครงสร้างนั้นมีคุณสมบัติที่น่าสนใจมากมายเช่นตัวนำยิ่งยวด, สนามแม่เหล็กขนาดใหญ่, การขนส่งขึ้นอยู่กับสปินทรอนิกส์ (spintronics) และคุณสมบัติการเร่งปฏิกิริยา ดังนั้น Perovskites จึงเป็นสนามเด็กเล่นที่น่าตื่นเต้นสำหรับนักฟิสิกส์นักเคมีและนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ

Perovskites ถูกใช้ครั้งแรกสำเร็จในโซล่าเซลล์โซลิดสเตตในปี 2555 และตั้งแต่นั้นมาเซลล์ส่วนใหญ่ใช้การรวมกันของวัสดุต่อไปนี้ในรูปแบบปกติของ perovskite ABX 3 :

A = ประจุบวกอินทรีย์ – เมทิลแมมโมเนียม (CH 3 NH 3 + ) หรือฟอร์มิมิดิเนียม (NH 2 CHNH 2 + )

B = ไอออนบวกอนินทรีย์ขนาดใหญ่ – มักจะเป็นตะกั่ว (II) (Pb 2+ )

3 = ประจุลบฮาโลเจนขนาดเล็กกว่าปกติ – คลอไรด์ (Cl  ) หรือไอโอไดด์ (I  )

เนื่องจากนี่เป็นโครงสร้างที่ค่อนข้างทั่วไปอุปกรณ์ที่ใช้ perovskite เหล่านี้จึงสามารถได้รับชื่อที่แตกต่างกันจำนวนหนึ่งซึ่งสามารถอ้างถึงวัสดุทั่วไปหรือชุดค่าผสมที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น จากตัวอย่างนี้เราได้สร้างตารางด้านล่างเพื่อเน้นจำนวนชื่อที่สามารถสร้างจากโครงสร้างพื้นฐานเดียว

B 3
ออกาโน่ โลหะ ไตรฮาไลด์ (หรือไตรฮาไลด์)
Methylammonium ตะกั่ว ไอโอไดด์ (หรือไตรโอไดด์)
Plumbate คลอไรด์ (หรือไตรคลอไรด์)

ตาราง ‘การเลือกชื่อ’ ของ perovskite : เลือกรายการใดรายการหนึ่งจากคอลัมน์ A, B หรือ X 3 เพื่อหาชื่อที่ถูกต้อง ตัวอย่างรวมถึง: Organo-lead-chlorides, Methylammonium-metal-trihalides, organo-plumbate-iodides เป็นต้น

ตารางแสดงให้เห็นว่าพื้นที่พารามิเตอร์มีขนาดใหญ่เพียงใดสำหรับการรวมวัสดุ / โครงสร้างที่มีศักยภาพเนื่องจากมีอะตอม / โมเลกุลอื่น ๆ อีกมากมายที่สามารถทดแทนสำหรับแต่ละคอลัมน์ การเลือกใช้การผสมวัสดุจะมีความสำคัญสำหรับการพิจารณาทั้งคุณสมบัติทางแสงและอิเล็กทรอนิกส์ (เช่น bandgap และสเปกตรัมการดูดกลืนที่เหมาะสม, การเคลื่อนที่, ความยาวการแพร่เป็นต้น) การเพิ่มประสิทธิภาพกำลังพลแบบเดรัจฉานอย่างง่ายโดยการคัดกรองเชิง combinatorial ในห้องปฏิบัติการมีแนวโน้มว่าจะไม่มีประสิทธิภาพมากในการค้นหาโครงสร้างของ perovskite ที่ดี

ส่วนใหญ่ของ perovskites ที่มีประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับกลุ่ม IV (โดยเฉพาะตะกั่ว) ไลด์โลหะและการย้ายที่อยู่เหนือสิ่งนี้ได้พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่ามีความท้าทาย น่าจะเป็นความรู้ในเชิงลึกมากกว่าที่มีอยู่ในปัจจุบันจำเป็นต้องสำรวจขอบเขตของโครงสร้าง perovskite ที่เป็นไปได้อย่างเต็มที่ เซลล์แสงอาทิตย์แบบ perovskite ที่ใช้ตะกั่วเป็นสิ่งที่ดีโดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากปัจจัยหลายอย่างรวมถึงการดูดซับที่แข็งแกร่งในระบอบการมองเห็นความยาวการแพร่กระจายของประจุไฟฟ้ายาวช่องว่างแถบปรับได้และการผลิตง่าย (เนื่องจากความทนทานต่อข้อบกพร่องสูงและ ความสามารถในการประมวลผลที่อุณหภูมิต่ำ)

ทำไมเซลล์แสงอาทิตย์ของ Perovskite จึงมีความสำคัญ?

มีสองกราฟสำคัญที่แสดงให้เห็นว่าทำไมเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite ดึงดูดความสนใจที่โดดเด่นในช่วงเวลาสั้น ๆ ตั้งแต่ปี 2012 กราฟแรกของกราฟเหล่านี้ (ซึ่งใช้ข้อมูลที่ได้จากกราฟประสิทธิภาพเซลล์แสงอาทิตย์ NREL) 1 แสดงประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของ perovskite อุปกรณ์ที่ใช้ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีการวิจัยเซลล์แสงอาทิตย์แบบฉุกเฉินและเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางแบบดั้งเดิม

กราฟแสดงอุตุนิยมวิทยาที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีอื่น ๆ ส่วนใหญ่ในช่วงเวลาสั้น ๆ ภายในระยะเวลา 4 ปีของการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite มีประสิทธิภาพเท่ากับแคดเมียมเทลลูไรด์ (CdTe) ซึ่งมีมานานกว่า 40 ปี นอกจากนี้ ณ สิ้นเดือนมิถุนายน 2561 ตอนนี้พวกเขาได้ผ่านเทคโนโลยีแบบฟิล์มบางและไม่ใช่หัวแบบอื่น ๆ ทั้งหมดรวมถึง CdTe และ Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) แม้ว่าอาจเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่ามีทรัพยากรและโครงสร้างพื้นฐานที่ดีกว่าสำหรับการวิจัยเซลล์แสงอาทิตย์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แต่ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ที่เพิ่มขึ้นอย่างมากนั้นยังคงมีความสำคัญและน่าประทับใจอย่างมาก

image

เซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite ได้เพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานในอัตรามหัศจรรย์เมื่อเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดอื่น แม้ว่าตัวเลขนี้จะแสดงเฉพาะ “เซลล์ฮีโร่” ในห้องปฏิบัติการ แต่ก็เป็นคำสัญญาที่ยอดเยี่ยม

กราฟกุญแจตัวที่สองด้านล่างนี้เป็นแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดเมื่อเทียบกับช่องว่างของย่านความถี่สำหรับเทคโนโลยีที่สามารถแข่งขันกับ perovskites ได้ กราฟนี้แสดงให้เห็นว่าพลังงานของโฟตอนหายไปเท่าใดในกระบวนการแปลงจากแสงเป็นไฟฟ้า สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ที่ยึดตามมาตรฐานแบบ excitonic การสูญเสียนี้อาจสูงถึง 50% ของพลังงานที่ถูกดูดซึมในขณะที่เซลล์แสงอาทิตย์ perovskite มีการใช้พลังงานโฟตอนมากกว่า 70% อย่างสม่ำเสมอและมีศักยภาพที่จะเพิ่มขึ้นอีก 4

สิ่งนี้กำลังเข้าใกล้คุณค่าของเทคโนโลยีที่ทันสมัย (เช่น GaAs) แต่มีต้นทุนที่ต่ำกว่ามาก เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกซิลิคอนซึ่งเป็นตัวเปรียบเทียบที่ใกล้เคียงกับ perovskites ในแง่ของประสิทธิภาพและค่าใช้จ่ายนั้นมีราคาถูกกว่ามากถึง 1,000 เท่าของ GaAs ที่ทันสมัย 5 Perovskites มีศักยภาพที่จะกลายเป็นถูกกว่านี้

image

การใช้พลังงานโฟตอนสูงสุด (กำหนดเป็นแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด Voc หารด้วย bandgap แสงเช่น) สำหรับระบบวัสดุเซลล์แสงอาทิตย์แยกเดี่ยวทั่วไป คำนวณจากสถานะของเซลล์ศิลปะรายละเอียดในตารางประสิทธิภาพ NREL

Perovskites เผชิญกับปัญหาอะไรบ้าง

ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดในด้านการ perovskites ในปัจจุบันคือความไม่แน่นอนในระยะยาว สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าเป็นเพราะเส้นทางการย่อยสลายที่เกี่ยวข้องกับปัจจัยภายนอกเช่นน้ำแสงและออกซิเจน และยังเป็นผลมาจากความไม่แน่นอนภายในเช่นการย่อยสลายเมื่อความร้อนเนื่องจากคุณสมบัติของวัสดุ   สำหรับภาพรวมของสาเหตุของการสลาย perovskite ให้ดูที่คู่มือของ Ossila

มีการนำเสนอกลยุทธ์หลายอย่างเพื่อปรับปรุงเสถียรภาพให้ประสบความสำเร็จมากที่สุดโดยการเปลี่ยนตัวเลือกองค์ประกอบ การใช้ระบบผสมประจุบวก (เช่นโดยการรวมไอออนบวกอนินทรีย์เช่นรูบิเดียมหรือซีเซียม) ได้รับการแสดงเพื่อปรับปรุงทั้งความเสถียรและประสิทธิภาพ เซลล์ perovskite แรกที่มีประสิทธิภาพเกิน 20% ใช้ระบบประจุบวกอินทรีย์ผสม   และระบบที่มีประสิทธิภาพสูงสุดจำนวนมากที่เผยแพร่เมื่อเร็ว ๆ นี้ใช้ส่วนประกอบอนินทรีย์ การเคลื่อนที่ไปยังชั้นที่ไม่ชอบน้ำและชั้นประสานความเสถียรของรังสี UV ก็ช่วยเพิ่มความเสถียรเช่นด้วยการแทนที่ TiO 2 ซึ่งไวต่อการเสื่อมสภาพของ UV ด้วย SnO 2 ความเสถียรได้รับการปรับปรุงผ่านการเคลือบผิว   และโดยการรวม perovskites แบบ 2D-layered (Ruddlesden-Popper) (ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความมั่นคงภายในที่ดีกว่า แต่มีประสิทธิภาพต่ำกว่า) กับ perovskites แบบ 3D ทั่วไป   ความพยายามเหล่านี้ (พร้อมด้วยปัจจัยต่าง ๆ เช่นการห่อหุ้มที่ดีขึ้น)   มีการปรับปรุงเสถียรภาพของ perovskites อย่างมากตั้งแต่เริ่มต้นและอายุการใช้งานเป็นไปตามมาตรฐานอุตสาหกรรม – ด้วยงานล่าสุดแสดงเซลล์ที่สามารถทนต่อการทดสอบความร้อนชื้น 1000 ชั่วโมง สำหรับการสนทนาเชิงลึกเพิ่มเติมเกี่ยวกับ วิธีการในการปรับปรุงเสถียรภาพของ perovskite ดูคำแนะนำของ Ossila

image

3D perovskite แบบดั้งเดิม (ซ้าย) เปรียบเทียบกับโครงสร้าง perovskite 2D ทั่วไป (ขวา)

อีกประเด็นที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างเต็มที่คือการใช้ตะกั่วในสารประกอบ perovskite แม้ว่ามันจะถูกใช้ในปริมาณที่น้อยกว่าที่มีอยู่ในแบตเตอรี่ตะกั่วหรือแคดเมียม แต่การมีตะกั่วในผลิตภัณฑ์เพื่อการใช้งานเชิงพาณิชย์นั้นเป็นปัญหา ข้อกังวลยังคงเกี่ยวกับการสัมผัสกับสารประกอบตะกั่วที่เป็นพิษ (ผ่านการชะล้างของ perovskite สู่สิ่งแวดล้อม) และการศึกษาบางชิ้นได้แนะนำการใช้งานของ perovskites ขนาดใหญ่จะต้องมีการบรรจุผลิตภัณฑ์ย่อยสลายที่สมบูรณ์ ในทางตรงกันข้ามการประเมินวัฏจักรชีวิตอื่น ๆ พบว่าผลกระทบความเป็นพิษของตะกั่วมีน้อยมากเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุอื่น ๆ ในเซลล์ (เช่นแคโทด)

นอกจากนี้ยังมีโอกาสที่จะนำไปใช้ทดแทนทางเลือกในเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite (เช่นดีบุก – เบส perovskites) แต่ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของอุปกรณ์ดังกล่าวยังคงมีความหมายอยู่เบื้องหลังอุปกรณ์ที่ใช้ตะกั่ว – กับเร็กคอร์ด perovskite – เบส ปัจจุบันยืนอยู่ที่ 9.0% การศึกษาบางชิ้นได้ข้อสรุปว่าดีบุกอาจมีความเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมสูงกว่าตะกั่ว   และต้องมีทางเลือกอื่นที่เป็นพิษน้อยกว่า

อีกประเด็นที่สำคัญในแง่ของประสิทธิภาพคือ hysteresis กระแสไฟฟ้าที่เห็นได้ทั่วไปในอุปกรณ์ ปัจจัยที่ส่งผลกระทบต่อฮิสเทรีซิสนั้นยังอยู่ในระหว่างการถกเถียงกัน แต่ส่วนใหญ่เกิดจากการเคลื่อนย้ายไอออนของมือถือร่วมกับการรวมตัวกันอีกครั้งในระดับสูง วิธีการลดฮิสเทรีซีสรวมถึงสถาปัตยกรรมของเซลล์ที่แตกต่างกันการสร้างผิวสัมผัสและการเพิ่มปริมาณตะกั่วไอโอไดด์   เช่นเดียวกับกลยุทธ์ทั่วไปเพื่อลดการรวมตัวกันอีกครั้ง

image

การประมาณค่า hysteresis ของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันมักจะพบในเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite

เพื่อเปิดใช้งานต้นทุนต่อวัตต์ต่ำอย่างแท้จริงเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite จำเป็นต้องได้รับการกล่าวขวัญถึงประสิทธิภาพสูงอายุการใช้งานที่ยาวนานและต้นทุนการผลิตต่ำ สิ่งนี้ยังไม่ประสบความสำเร็จสำหรับเทคโนโลยีฟิล์มบางอื่น ๆ แต่อุปกรณ์ที่ใช้ perovskite แสดงให้เห็นถึงศักยภาพมหาศาลในการบรรลุเป้าหมายนี้

การประดิษฐ์และการวัดค่าของเซลล์แสงอาทิตย์เพอร์มอสไซด์

แม้ว่า perovskites มาจากโลกที่แตกต่างกันของผลึกศาสตร์พวกเขาสามารถรวมเข้ากับสถาปัตยกรรม OPV (หรือฟิล์มบาง) ได้อย่างง่ายดาย เซลล์แสงอาทิตย์ perovskite แรกนั้นใช้โซลาร์เซลล์ย้อมสีไวแสง (DSSC) และใช้โซพอรัสนั่งร้าน หลายเซลล์ได้ติดตามเทมเพลตนี้หรือใช้โครง Al 2 O 3 ในสถาปัตยกรรม ‘meso-superstructured’ แต่ขั้นตอนที่มีอุณหภูมิสูงสำหรับการผลิตและ UV instability ของ TiO 2 นำไปสู่การแนะนำของ ‘ระนาบ’ สถาปัตยกรรมที่คล้ายกัน ไปยังเซลล์แบบฟิล์มบางอื่น ๆ หลังจากหลายปีของการล้าหลังเซลล์ mesoporous ในแง่ของประสิทธิภาพตอนนี้ภาพถ่าย perovskites เกือบจะมีประสิทธิภาพ

image

โครงสร้างทั่วไปของระนาบแบบดั้งเดิม / แบบกลับด้านและเซลล์แบบ perovskite (ทั่วไป) แบบ mesoporous

โดยทั่วไปแล้วฟิล์ม perovskite นั้นจะถูกประมวลผลด้วยวิธีการสุญญากาศหรือวิธีการแก้ปัญหา คุณภาพของภาพยนตร์เป็นสิ่งสำคัญมาก เริ่มแรกฟิล์มที่สูญญากาศให้อุปกรณ์ที่ดีที่สุด แต่กระบวนการนี้ต้องการการระเหยของส่วนประกอบอินทรีย์ (เมธิลแกมมอน) ในเวลาเดียวกันกับส่วนประกอบอนินทรีย์ (ตะกั่วลิด) ซึ่งจำเป็นต้องมีผู้เชี่ยวชาญด้านการระเหย . เป็นผลให้มีความพยายามอย่างมีนัยสำคัญในการปรับปรุงอุปกรณ์ที่ประมวลผลโซลูชันเนื่องจากสิ่งเหล่านี้ง่ายขึ้นและอนุญาตให้มีการประมวลผลที่อุณหภูมิต่ำ

โดยปกติชั้นของ active perovskite solar cell จะถูกสะสมไว้ผ่านกระบวนการหนึ่งหรือสองขั้นตอน ในกระบวนการขั้นตอนเดียวสารตั้งต้นของสารละลาย (เช่น CH 3 NH 3 I และ PbI 2 ผสมกัน) จะถูกเคลือบที่จะเปลี่ยนเป็นฟิล์ม perovskite เมื่อผ่านความร้อน การเปลี่ยนแปลงในเรื่องนี้คือวิธีการ ‘antisolvent’ ซึ่งสารละลายสารตั้งต้นถูกเคลือบในตัวทำละลายขั้วโลกและดับในระหว่างกระบวนการเคลือบแบบหมุนโดยตัวทำละลายที่ไม่ใช่แบบขั้ว การกำหนดเวลาที่แน่นอนของการดับและปริมาตรของตัวทำละลายดับจำเป็นต้องให้ประสิทธิภาพสูงสุด เพื่อช่วยในเรื่องนี้เราได้สร้าง Ossila Syringe Pump ซึ่งอนุญาตให้เราใช้กระบวนการดับนี้เพื่อผลักดันค่าประสิทธิภาพการแปลงพลังงานภายใน บริษัท ได้มากกว่า 16%

ในกระบวนการสองขั้นตอน metal halide (เช่น PbI 2 ) และส่วนประกอบอินทรีย์ (เช่น CH 3 NH 3 I) จะถูกเคลือบด้วยสปินในฟิล์มแยกที่ตามมา อีกวิธีหนึ่งคือฟิล์มโลหะลิดสามารถเคลือบและอบอ่อนในห้องที่เต็มไปด้วยไอสารอินทรีย์ที่รู้จักกันในชื่อ ‘กระบวนการช่วยแก้ปัญหาสูญญากาศ’ (VASP)

image

การประมาณของวิธีการดับด้วยตัวทำละลายมักใช้ในการเคลือบ perovskites ในกระบวนการขั้นตอนเดียวจากสารละลายตั้งต้น

ส่วนใหญ่ perovskites รัฐ -of-the-art จะขึ้นอยู่กับการดำเนินการโปร่งใสออกไซด์ / ETL / Perovskite / HTL / โครงสร้างโลหะ whe re ETL และ HTL หมายถึงเลเยอร์การขนส่งอิเล็กตรอนและการขนส่งหลุมตามลำดับ เลเยอร์การส่งผ่านรูทั่วไปประกอบด้วย Spiro-OMeTAD หรือ PEDOT: PSS และเลเยอร์การขนส่งอิเล็กตรอนทั่วไปประกอบด้วย TiO 2 หรือ SnO 2 การทำความเข้าใจและเพิ่มประสิทธิภาพระดับพลังงานและการโต้ตอบของวัสดุต่าง ๆ ที่ส่วนต่อประสานเหล่านี้นำเสนอพื้นที่การวิจัยที่น่าตื่นเต้นมากที่ยังอยู่ระหว่างการสนทนา

ประเด็นหลักสำหรับการประดิษฐ์อุปกรณ์ที่ใช้งานได้จริงของเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite คือคุณภาพของฟิล์มและความหนา ชั้น perovskite ที่มีการเก็บเกี่ยวแสง (ใช้งานอยู่) จะต้องมีความหนาหลายร้อยนาโนเมตร – มากกว่า เซลล์สุริยะแบบอินทรีย์ทั่วไป หลายเท่าและการสร้างชั้นหนาที่มีความสม่ำเสมอสูงนั้นอาจเป็นเรื่องยาก เว้นแต่จะมีการปรับเงื่อนไขการสะสมและการหลอม ให้เหมาะสมพื้นผิวที่ขรุขระพร้อมการครอบคลุมที่ไม่สมบูรณ์จะเกิดขึ้น แม้จะมีการปรับให้เหมาะสมที่ดี แต่ก็ยังมีความขรุขระของพื้นผิวที่เหลืออยู่อย่างมาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้เลเยอร์อินเตอร์เฟสที่หนากว่าปกติ การปรับปรุงคุณภาพภาพยนตร์ประสบความสำเร็จด้วยวิธีการที่หลากหลาย วิธีหนึ่งดังกล่าวคือการเติมกรดจำนวนเล็กน้อยเช่นกรดไฮโดรจิคหรือกรดไฮโดรโบรมิกซึ่งได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ในโพสต์เกี่ยวกับความบริสุทธิ์ของ MAI เทียบกับการละลายของตะกั่วคลอไรด์ หรือตะกั่วไอโอไดด์

ด้วยความพยายามในการวิจัยที่กว้างขวางประสิทธิภาพมากกว่า 22% สามารถทำได้โดยใช้การ เคลือบแบบหมุน และประสิทธิภาพที่สูงขึ้นก็ประสบความสำเร็จโดยใช้เทคนิคการแก้ปัญหาอื่น ๆ (เช่น การเคลือบแบบสล็อตตาย ) นี่เป็นการชี้ให้เห็นว่าการประมวลผลสารละลาย perovskites ขนาดใหญ่นั้นเป็นไปได้มาก

อนาคตของ Perovskites

การวิจัยในอนาคตเกี่ยวกับ perovskites มีแนวโน้มที่จะมุ่งเน้นไปที่การลดการรวมตัวกันอีกครั้งผ่านกลยุทธ์เช่นการสร้างฟิล์มและการลดข้อบกพร่องเช่นเดียวกับการเพิ่มประสิทธิภาพผ่านการรวม perovskites 2D และวัสดุอินเตอร์เฟสที่ดีที่สุด เลเยอร์การสกัดด้วยประจุมีแนวโน้มว่าจะย้ายออกจากวัสดุอินทรีย์ไปเป็นอนินทรีย์เพื่อปรับปรุงทั้งประสิทธิภาพและความเสถียร การปรับปรุงเสถียรภาพและการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของสารตะกั่วมีแนวโน้มที่ทั้งสองจะยังคงเป็นพื้นที่ที่น่าสนใจที่สำคัญ

ในขณะที่การจำหน่ายโซลาร์เซลล์ perovskite แบบสแตนด์อโลนยังคงเผชิญกับอุปสรรคในแง่ของการผลิตและความเสถียรการใช้งานในเซลล์ c-Si / perovskite แบบควบคู่มีความก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว (ด้วยประสิทธิภาพที่สูงกว่า 25%) และมีโอกาสที่ perovskites จะเห็นตลาด PV เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างนี้ก่อน นอกเหนือจากพลังงานแสงอาทิตย์ยังมีศักยภาพที่สำคัญสำหรับการใช้งานของ perovskites ในการใช้งานอื่น ๆ เช่นไดโอดเปล่งแสง   และความทรงจำทาน

คู่มือวิดีโอประดิษฐ์ Perovskite

สำหรับผู้ที่เพิ่งเริ่มต้นการวิจัย perovskite เราได้จัดทำคู่มือวิดีโอที่แสดงให้เห็นถึงกระบวนการทั้งหมดของการผลิตและการวัดค่าพลังงานไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ perovskite ในห้องแล็บของเราเอง เรามีประสิทธิภาพเกิน 11% โดยใช้ขั้นตอนการผลิตเฉพาะนี้ วิดีโอด้านล่างแสดงถึงรูปแบบเก่าที่ยกเลิกของ Ossila Spin Coater – เพื่อดูรุ่นปัจจุบันคุณสามารถเยี่ยมชมหน้าผลิตภัณฑ์ได้ ที่นี่

image

ผลิตภัณฑ์ Ossila สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite

แพลตฟอร์มการสร้างต้นแบบเซลล์แสงอาทิตย์ที่ ได้รับรางวัลของ Ossila มอบการประยุกต์ใช้ทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นแบบอย่างและผลกระทบในการวิจัยเซลล์แสงอาทิตย์ เป็นชุดของวัสดุพื้นผิววัสดุและอุปกรณ์ทดสอบที่สอดคล้องกันซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสถาปัตยกรรมอ้างอิงมาตรฐานเซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพสูง ช่วยให้นักวิจัยสามารถผลิตเซลล์สุริยะที่มีคุณภาพและใช้งานได้เต็มรูปแบบซึ่งสามารถใช้เป็นพื้นฐานที่เชื่อถือได้

ในฐานะนักวิจัยและนักวิทยาศาสตร์เราเข้าใจว่าการใช้เวลานานแค่ไหนในการสร้างความเชี่ยวชาญให้กับวัสดุกระบวนการและเทคนิคทั้งหมดที่จำเป็นในการผลิตอุปกรณ์คุณภาพสูง – และแม้ว่าคุณจะพยายามอย่างดีที่สุดแล้วก็ตาม – ผลลัพธ์ที่พิสูจน์ได้

เราพัฒนาแพลตฟอร์มนี้โดยมีจุดประสงค์เพื่อให้คุณสามารถมุ่งเน้นไปที่การวิจัยของคุณ (แทนที่จะออกแบบ / จัดหาส่วนประกอบทั้งหมดของคุณเอง) และจำลองพื้นฐานประสิทธิภาพ ประโยชน์ที่สำคัญของแพลตฟอร์มนี้คือการจัดหา พื้นผิว ITO ที่มีลวดลายล่วงหน้า และอุปกรณ์การประมวลผลความเร็วสูงซึ่งส่งผลให้อัตราการผลิตของคุณเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญสำหรับอุปกรณ์เซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งช่วยให้คุณรวบรวมข้อมูลได้เร็วขึ้นมาก ดังนั้นวัสดุและสถาปัตยกรรมรูปแบบใหม่ ๆ จึงสามารถทดสอบได้มากขึ้นและสามารถรวบรวมข้อมูลทางสถิติได้มากขึ้นซึ่งจะทำให้มั่นใจได้ถึงความสอดคล้องและความแม่นยำ

ในระดับพื้นฐานที่สุดเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ perovskite ส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับพื้นผิวแก้วเคลือบออกไซด์นำไฟฟ้าโปร่งใสที่มีแคโทดโลหะระเหยและการห่อหุ้มด้านบน ด้วยเหตุนี้ โครงสร้างพื้นฐานของพื้นผิว และ วัสดุ perovskite ที่ มีอยู่ของเราจึงถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์ perovskite ที่ผ่านการประมวลผลประสิทธิภาพสูงแล้ว อีพ็อกซี่ห่อหุ้ม มาตรฐานของเรายังเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเคลือบกระจกหรือชั้นกั้นอื่น ๆ – ที่ใช้ใน กระดาษธรรมชาติของ Snaith ในปี 2014

image

Ossila Spin Coater ใช้เป็นประจำสำหรับการสะสมของส่วนต่อประสานและชั้นที่ใช้งานของเราด้วยความแม่นยำสูงและใช้งานง่าย

สหายที่มีประโยชน์มากสำหรับ Spin Coater (ในภาพด้านบน) คือ Ossila Syringe Pump สามารถใช้สำหรับการจ่ายและการดับชั้น perovskite ของเราโดยอัตโนมัติเพื่อให้ได้ฟิล์มคุณภาพสูง เพื่อนร่วมงานด้านวิชาการของเราได้พัฒนาความก้าวหน้าที่น่าตื่นเต้นเกี่ยวกับโซลาร์เซลล์ perovskite ที่ผ่านกรรมวิธีผ่านการพ่นเคลือบลงบนพื้นผิวมาตรฐานของเรา นอกจากนี้เซลล์แสงอาทิตย์ perovskite ยังมีลักษณะเฉพาะโดยใช้ Ossila Solar Cell IV Test System ซึ่งจะคำนวณตัวชี้วัดอุปกรณ์โดยอัตโนมัติและสามารถทำการวัดความเสถียรได้

image

หมึก I101 Perovskite จาก Ossila มันบรรจุเป็น 10 ขวดแต่ละที่มีการแก้ปัญหา 0.5 มล. สามารถเคลือบพื้นผิวได้มากถึง 160 ชิ้น I101 สามารถซื้อเป็นกลุ่ม (30 มล.) พร้อมส่วนลด 25% เมื่อเทียบกับขนาดสั่งซื้อมาตรฐานของเรา

ในช่วงหลายเดือนที่ผ่านมาเรายังได้ทำงานร่วมกับผู้ร่วมงานด้านการศึกษาของเราเพื่อนำผลิตภัณฑ์ที่ใช้ perovskite ออกสู่ตลาดมากขึ้น ได้แก่ : Methylammonium Iodide ที่มีความบริสุทธิ์สูง, Methylammonium Bromide , Formamidinium Iodide และ Formamidinium Bromide เราได้เปิดตัวชุดหมึก perovskite ชุดแรกซึ่งเป็นชุดแรกของ I101 (MAI: PbCl 2 ) ได้รับการออกแบบให้สามารถประมวลผลในอากาศและแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพในห้องปฏิบัติการของเราได้ถึง 11.7% หมึกที่สองของเรา I201 (MAI: PbCl 2 : PbI 2 ) นั้นใช้สำหรับการ ผสมเพื่อดำเนินการในบรรยากาศไนโตรเจนและจนถึงขณะนี้เราได้เห็นประสิทธิภาพสูงถึง 11.8% หมึกทั้งสองถูกออกแบบมาเพื่อช่วยให้ลูกค้าของเรามีประสิทธิภาพสูงอย่างรวดเร็วอย่างไม่น่าเชื่อเมื่อแรกเริ่มด้วยการวิจัย perovskites เรารวมขั้นตอนการประมวลผลที่ได้รับการปรับปรุงด้วยหมึกทั้งสองเพื่อให้ได้ผลลัพธ์สูงสุด

อ้างอิง : http://th.dsisolar.com/info/an-introduction-to-perovskites-and-perovskite-36098505.html