Suzhou universiteti tadqiqotchilari guruhining Hong Kong politexnik universiteti bilan hamkorligi natijasida indiyni o'z ichiga olmaydigan kompozit qatlam yaratilgan. Ushbu material tandem quyosh elementlarining samaradorligini va uzoq muddatli barqarorligini oshirish uchun perovskit va kremniy o'rtasida molekulyar ko'prikdan foydalanadi.
Suzhou universiteti tadqiqotchilari, Jan Sinbo va Zhang Xiaohun professorlari boshchiligida, Hong Kong politexnik universiteti va fotovoltaik sanoatning turli hamkorlari bilan birgalikda bunday kompozit qatlamni ishlab chiqdilar. U tandem quyosh elementlaridagi perovskit va kristalli kremniy qatlami o'rtasida molekulyar ko'prik hosil qiladi. Bu yutuq perovskit va kremniyga asoslangan tandem fotodetektorlar oldida turgan ikki jiddiy muammoni hal qiladi: ikki material chegarasidagi zaryad yo'qotilishi va tijoratga tatbiq etilishiga to'sqinlik qiladigan uzoq muddatli barqarorlikning pasayishi.
Molekulyar ko'prik atom darajasida ishlaydi. Suzhou guruhining ishlab chiqqan o'z-o'zini yig'uvchi monoslayr perovskit sirtiga va kremniy sirtiga kimyoviy bog'lanadi. Bu samarali zaryad tashish uchun uzluksiz elektron yo'lni yaratadi, shu bilan birga nuqsonlarni passivatsiya qiladi va radiatsiyasiz rekombinatsiyani bostiradi.
Indiydan foydalanishdan voz kechish alohida ahamiyatga ega. Indiy-oltimosid kislotasi an'anaviy ravishda displeylar va fotovoltaik qurilmalarda shaffof olib boruvchi qatlam sifatida ishlatilgan. Biroq, indiy kritika muhim material sifatida tasniflanadi, ta'minot zanjirida konsentratsiya xavfi va displey sanoati talabi tufayli ortib borayotgan xarajatlar bilan bog'liq. Yangi kompozit qatlam indiyni butunlay chiqarib tashlab, uni teng yoki yaxshiroq optik shaffoflik va elektr o'tkazuvchanlikni ta'minlovchi yanada mavjud bo'lgan va arzonroq materiallar bilan almashtiradi. Bu almashtirish tandem quyosh elementlarini tijoratlashtirish uchun narx to'siqini va fotovoltaik sanoatni tashvishga solgan material ta'minoti uzilish xavfini bartaraf etadi.
Ushbu tadqiqot fotovoltaika sohasidagi keyingi avlod texnologiyalarini sanoatlashtirish yo'lidagi taraqqiyotni belgilab beradi. Nazariy jihatdan, perovskit-kremniy tandem hujayralari bitta o'tishli kremniy hujayralari uchun Shokli-Kvayser chegarasidan, ya'ni taxminan 29% dan yuqori samaradorlikni namoyish etishi mumkin. Laboratoriya tandem hujayralari allaqachon 33% ga oshgan samaradorlikka erishgan, ammo bu natijalarni tijoratan foydalanish mumkin bo'lgan mahsulotlarga aylantirish interfeys barqarorligi va ishlab chiqarishni kengaytirish muammolarini hal qilishni talab qiladi, buningga molekulyar ko'prikdan foydalanish yondashuvi qaratilgan. Suzhou guruhining ishi perovskit-kremniy chegarasidagi molekulyar muhandislik samaradorlikni va ekspluatatsiya muddati davomida xizmat qilish muddatini bir vaqtning o'zida oshirishga qodir ekanligini ko'rsatadi, bu esa tijoratlashtirish yo'lidagi eng muhim ikkita to'siqni bartaraf etadi. Universitet va sanoat o'rtasidagi hamkorlik modeli laboratoriya ishlab chiqishlardan ishlab chiqarishga o'tishni tezlashtiradi. Molekulyar ko'prik texnikasining muvaffaqiyatli kengaytirilishi Xitoyning quyosh energiyasi sohasidagi yetakchiligini mustahkamlashi, shu bilan birga indiyga bog'liqlikni kamaytirish mumkin.
Xitoy olimlari perovskit va kremniyni birlashtirgan uch qatlamli quyosh elementini ishlab chiqdilar va u 3,15 volt rekord darajasidagi kuchlanishni namoyish etdi. Asosiy yutuq organik tuzdan foydalanib, eng zaif yuqori perovskit qatini barqarorlashtirishga muvaffaq bo'lish ularni tashkil etdi.
Tandem (ikki qatlamli) quyosh elementlari standart kremniy hujayralariga qaraganda quyosh nurlaridan samaraliroq foydalanish tufayli yuqori samaradorlikni ta'minlaydi. Biroq, konstruksiya ikkita qatlam bilan cheklanmaydi; u uchinchi, to'rtinchi yoki hatto beshinchi fotaktiv qatlam qo'shilishiga imkon beradi. Maksimal umumiy samaradorlikka erishish uchun yuqori qatlamlarning taqiqlangan zonalari kengroq bo'lishi kerak, chunki fotonlar energiya pasayishi tartibida qatlamlar orasida taqsimlanishi kerak.
Galyiy arsenidi va III-V yarimo'tkazgichlar asosidagi uch qatlamli elementlardan farqli o'laroq, ular allaqachon 40 foizdan ortiq samaradorlik bilan kosmosda qo'llanilmoqda, perovskit va kremniy asosidagi analoglar qiyinchiliklarga duch keladi. Past qatlam odatda 1,12 elektronvolt taqiqlangan zona kengligiga ega kremniy bo'ladi, ikkinchi va uchinchi esa perovskitdir. Eng katta murakkablik uchinchi qatlamni olish va uni barqaror ushlab turishda namoyon bo'ladi, bu 1,8 elektronvolt yoki undan yuqori taqiqlangan zona kengligini talab qiladi.
Perovskitning taqiqlangan zonasini kengaytirish uchun kristalli tarmoqdagi iod ionlarining bir qismi brom bilan almashtiriladi. Bromning haddan tashqari miqdori fazaviy segregatsiyani keltirib chiqaradi: ionlar migratsiya qilishni boshlaydi, bu esa turli tarkibdagi notekis hududlar hosil bo'lishiga olib keladi — bitta joyda brom ustunlik qilsa, boshqa joyda iod ustunlik qiladi.
Nankin universiteti professor Hay Zhenya Tan rahbarligidagi Xitoy materialshunoslari samarali va barqaror uch qatlamli perovskit elementini yaratishga muvaffaq bo'ldilar. Konstruksiyada past qatlam sifatida teksturaviy yuzaga ega kremniy heterostrukturaviy hujayra ishlatilgan. Uning ustida 1,52 elektronvolt taqiqlangan zona kengligiga ega perovskit joylashgan, va yuqori qatlam 1,93 elektronvolt taqiqlangan zonaga ega bo'lgan Cs0,25FA0,6MA0,15Pb(I0,43Br0,57)3 ultra keng zonalik perovskit bo'lib, bu barqarorlik muammolarining asosiy manbai edi.
Perovskitdagi fazaviy segregatsiyani oldini olish uchun Tan va uning jamoasi 1,4-fenilendiamin digidriyodid (PEDAI) organik tuzini kiritdilar. Bu qo'shimcha kristalli tuzilma bilan mustahkam bog'lanishlarni hosil qiladi, bu esa ionlar migratsiyasi to'siqini oshiradi va qatlamning yanada bir xilligiga hissa qo'shadi. Qo'shimcha ravishda, PEDAI molekulalari bo'shliqlar egallaydi va plumb ionlari bilan bog'lanadi, bu esa perovskit ichidagi nuqta kamayishiga olib keladi. Qatlam yuzasi ham boshqa bir organik tuz — 3MTPAI bilan qayta ishlandi, bu esa chegaraviy nuqtalar sonini kamaytirishga va elektronlar o'tish jarayonini yaxshilashga yordam berdi.
Natijada, mustaqil ekspertiza tomonidan tasdiqlangan 26,18 foiz samaradorlik va 3,15 volt rekord darajasidagi kuchlanishga ega qurilma olingan. Bu samaradorlik hozirgi oyda 35,5 foizga yetgan ikki qatlamli tandemlarga qaraganda past bo'lsa-da, mualliflar yaqin yillarda samaradorlikning tez o'sishini kutmoqdalar. Barqarorlik borasida esa, qurilmalar 1500 soat uzluksiz ekspluatatsiya dan so'ng boshlang'ich samaradorlikning 96 foizini saqlab qolgan holda, maqbul natijalarni ko'rsatdi. Tan taklif qilgan tuz qo'shimchalari standart ikki qatlamli tandemlarning barqarorligini oshirish uchun ham qo'llanilishi mumkin degan taxmin mavjud.
