תאים סולאריים מסוג Perovskite התקדמו בשנים האחרונות עם עלייה מהירה ביעילות המרת החשמל (מ-3% ב-2006 ל-25.5% כיום), מה שהופך אותם לתחרותיים יותר עם תאים פוטו-וולטאיים מבוססי סיליקון. עם זאת, נותרו מספר אתגרים לפני שהם יכולים להפוך לפרסומת תחרותית טֶכנוֹלוֹגִיָה.
כעת צוות בבית הספר להנדסה של טנדון בניו יורק פיתח תהליך לפתרון אחד מהם, צוואר בקבוק בשלב קריטי הכרוך בסמים מסוג p של חומרים הובלת חורים אורגניים בתוך התאים הפוטו וולטאיים. המחקר, "CO2 סימום של שכבות אורגניות לתאים סולאריים perovskite, "מופיע ב טבע.
נכון לעכשיו, תהליך הסמים p, שהושג על ידי חדירת ופיזור חמצן לשכבת הובלת החור, הוא זמן רב (מספר שעות עד יום), מה שהופך את הייצור ההמוני המסחרי של תאים סולאריים perovskite ללא מעשי.
צוות הטנדון, בראשותו של אנדרה ד 'טיילור, פרופסור חבר, וג'מין קונג, חבר פוסט-דוקטורט, יחד עם מיגל מודסטינו, פרופסור - כולם במחלקה להנדסה כימית וביו-מולקולרית - גילו שיטה להגדיל מאוד מהירות שלב מרכזי זה באמצעות פחמן דו חמצני (CO2) במקום חמצן.
בתאים סולאריים של פרובסקייט, מוליכים למחצה אורגניים מסוממים נדרשים בדרך כלל כמשלבי מיצוי מטען הממוקמים בין שכבת הפרובסקיט הפוטואקטיבית לבין האלקטרודות. האמצעי הקונבנציונאלי לסמים שכבות שכבות אלה כרוך בתוספת של ליתיום ביס (טריפלורומתאן) סולפונימיד (LiTFSI), מלח ליתיום, לספירו-OMeTAD, אורגני מצומד π סמיקונדקטור בשימוש נרחב לחומר הובלת חורים בתאי שמש פרובסקיטים. לאחר מכן מתחיל תהליך הסמים על ידי חשיפת סרטי ספירו-OMeTAD: סרטי תערובת LiTFSI לאוויר ולאור.
לא זו בלבד ששיטה זו גוזלת זמן, היא תלויה במידה רבה בתנאי הסביבה. לעומת זאת, טיילור וצוותו דיווחו על שיטת סימום מהירה וניתנת לשחזור הכוללת מבעבע ספירו-OMeTAD: פתרון LiTFSI עם CO2 תחת אור אולטרה סגול. הם גילו כי התהליך שלהם שיפר במהירות את המוליכות החשמלית של השכבה הבין-לאומית פי 100 בהשוואה לזה של סרט תערובת בתולי, שהוא גם גבוה פי 10 מזה שמתקבל מתהליך מבעבע חמצן. CO2 הסרט שטופל הביא גם לתאים סולאריים perovskite יציבים ויעילים ללא כל טיפול שלאחר הטיפול.
"מלבד קיצור זמן ייצור המכשיר ועיבודו, יישום הספירו-OMeTAD המסומם מראש בתאי שמש פרובסקיטים הופך את התאים להרבה יותר יציבים", הסביר קונג, המחבר הראשי. "זה בין השאר בגלל שרוב יוני הליתיום המזיקים בספירו-OMeTAD: תמיסת LiTFSI התייצבו כליתיום פחמתי במהלך CO2 תהליך מבעבע. ”
הוא הוסיף כי בסופו של דבר הסינון של ליתיום פחמתי מסוננים כאשר החוקרים מצפים את הפתרון המסומם מראש על שכבת הפרובסקיט. "לפיכך, אנו יכולים להשיג חומרים אורגניים מסוממים טהורים למדי להעברת שכבות יעילות."
הצוות, שכלל חוקרים מסמסונג, אוניברסיטת ייל, מכון המחקר לטכנולוגיה כימית של קוריאה, מרכז הבוגרים של אוניברסיטת סיטי, אוניברסיטת וונקוואנג ומכון גוואנגז'ו למדע וטכנולוגיה מצאו גם כי ה- CO2 ניתן להשתמש בשיטת סימום עבור סימום מסוג p של פולימרים מצומדים אחרים π, כגון PTAA, MEH-PPV, P3HT ו- PBDB-T. לדברי טיילור החוקרים מבקשים לדחוף את הגבול מעבר למוליכים למחצה אורגניים טיפוסיים המשמשים לתאים סולאריים.
"אנו מאמינים כי תחולה רחבה של CO2 סימום למולקולות אורגניות מצומדות π מגרה את המחקר החל מתאי שמש אורגניים לדיודות פולטות אור אורגניות (OLED) וטרנזיסטורי אפקט שדה אורגניים (OFET), אפילו למכשירים תרמואלקטריים שכולם דורשים סימום מבוקר של מוליכים למחצה אורגניים, "הסביר טיילור. , והוסיף כי מכיוון שתהליך זה צורך כמות די גדולה של CO2 גז, זה יכול להיחשב גם עבור CO2 לימודי לכידה ושיעול בעתיד.
"בתקופה בה ממשלות וחברות כאחד מבקשות כעת להפחית את CO2 פליטות אם לא להפחתת פחמן, מחקר זה מציע דרך להגיב על כמויות גדולות של CO2 בליתיום פחמתי לשיפור תאים סולאריים מהדור הבא, תוך סילוק גז החממה הזה מהאטמוספירה ", הסביר והוסיף כי הרעיון לגישה חדשה זו היה תובנה נגדית ממחקר הסוללה של הצוות.
"מההיסטוריה הארוכה שלנו של עבודה עם סוללות ליתיום-חמצן / אוויר, אנו יודעים שהיווצרות ליתיום פחמתי מחשיפה של אלקטרודות חמצן לאוויר היא אתגר גדול מכיוון שהיא מרוקנת את הסוללה של יוני ליתיום, שהורסת את קיבולת הסוללה. בתגובת סימום ספירו זו, לעומת זאת, אנו מנצלים למעשה יצירת ליתיום פחמתי, הקושר ליתיום ומונע ממנו להפוך ליונים ניידים הפוגעים ביציבות ארוכת הטווח של פרובסקייט תא סולרי. אנו מקווים כי CO זה2 טכניקת סימום יכולה להיות אבן דרך להתמודדות עם אתגרים קיימים בתחום האלקטרוניקה האורגנית ומחוצה לה. "