Abstrakti
Hiljattain Hu Linhuan ryhmä, joka on tutkija Kiinan tiedeakatemian Hefein materiaalitieteen instituutin kiinteän tilan fysiikan instituutin energiamateriaalien ja laitevalmistuksen osastolla, saavutti yhteistyössä ulkomaisten tutkijoiden kanssa itsestään parantavan kalsiumtitaniittiaurinkokennon, ja siihen liittyvät tulokset julkaistiin Journal of Energy Chemistry -lehdessä.
Sisältö
> Kalsium-titaanimalmin aurinkokennojen kehityksen tausta
>Kalsium-titaanioksidiaurinkokennojen "itsekorjautumisen" periaate
>Kalsiittien aurinkokennotutkimus tunnustettu
Kalsiumtitaanimalmin aurinkokennojen tausta
Tällä hetkellä kalsiumtitaniittiaurinkokennojen aurinkokennotehokkuus on noussut 25,5 prosenttiin, mutta kalsiumtitaniittimateriaalit ovat herkkiä säteilylle, kosteudelle jne. ja ne ovat alttiita hajoamiselle, kun ne altistuvat ilmakehän olosuhteille, mikä vaikuttaa vakavasti niiden käyttöön. Siksi on tärkeää kehittää tehokkaita, erittäin vakaita ja itsekorjautuvia kalsiumtitaniittiaurinkokennolaitteita.
Kalsium-titaanioksidia sisältävien aurinkokennojen "itsekorjautumisen" periaate
Kosteus on keskeinen tekijä kalsium-titaanioksidia sisältävien aurinkokennojen hajoamisessa, kun niitä käytetään ilmassa. Tutkijat ovat lisänneet polyvinyylipyrrolidonia kalsiumtitaniittivaloa absorboivaan materiaaliin, minkä tuloksena on aurinkokenno, jolla on vahva itsekorjautumistoiminto ja huomattavasti parempi kosteusvakaus. Polyvinyylipyrrolidoni, pitkäketjuinen eristävä polymeeri, jossa on runsaasti polaarisia karbonyyliryhmiä, lisättiin aurinkokennoon kapseloimaan MAPbI3:a. Se muodostaa hydrofobisen "esteen", joka estää vesimolekyylien tunkeutumisen. Se voi myös olla vuorovaikutuksessa metyyliamiiniionin (MA+) -NH2-ryhmän kanssa muodostaen vetysidoksia (kuva 1), mikä estää metyyliamiinin hajoamisen ja haihtumisen ja parantaa siten solun "itsehoitokykyä". Lisäksi polyvinyylipyrrolidoni kykenee muodostamaan jodometanamiinin kanssa välikompleksin, joka estää kalkogenidikiteiden ydintymisnopeutta. Polyvinyylipyrrolidonin käyttöönotto mahdollistaa kennon itsekorjautumisen useita kertoja (kuva 2), mikä pidentää merkittävästi kennon käyttöikää ja mahdollistaa sen, että kalkogenidikalvossa on vähemmän vikoja ja suuremmat rakeet, mikä parantaa kennon aurinkosähköistä tehokkuutta.
Kuva 1: (a) ja (b) Kalkogenidimateriaalien hajoamisreitit vesimolekyylien läsnäollessa; MAI:n ja MAI:ta sisältävän polyvinyylipyrrolidonin 1H NMR-spektri DMSO-d6-liuoksessa (c) ja 13C NMR-spektri (d); (e) MAI:n, polyvinyylipyrrolidonin, joka on valmistettu sekoittamalla polyvinyylipyrrolidonia MAI:n kanssa moolisuhteessa 1:1, FTIR-spektrit, joissa on C= O- ja CH3-venytysvärähtelyhuiput; (f) kalkogenidikalvojen XRD-spektrit eri polyvinyylipyrrolidoniliuosten pitoisuuksilla; (g) O 1s:n XPS-plotit polyvinyylipyrrolidonin kanssa ja ilman polyvinyylipyrrolidonia 200 tunnin kuluttua.
Kuva 2: Kalvot, joissa on (a) ja joissa ei ole (b) polyvinyylipyrrolidonia, ja joissa näkyy tilanmuutos 60 sekunnin vesihöyrysumutuksen ja 30 sekunnin itsekorjautumisen jälkeen; (c) kaavamainen kaavio kalkogenidikalvojen itsekorjautumisprosessista; (d) 6 mg mL-1 polyvinyylipyrrolidonia sisältävien kalkogenidiaurinkokennojen kosteusvakaus 65 ± 5 %:n suhteellisessa kosteudessa.
Kalsiumtitaniittiaurinkokennojen tutkimus- ja kehitystyö tunnustettu
Tutkimustyötä ovat tukeneet Kiinan kansallinen T&K-ohjelma, Kiinan kansallinen luonnontieteellinen säätiö, Kiinan tiedeakatemian "Western Light" -lahjakkuuksien koulutusohjelma ja Euroopan Horisontti 2020 -ohjelma.