Jelentős áttörés! A klór bizonyítottan teljesen megváltoztatja a napelemek teljesítményét

Ahogy egyre jobban megértjük a perovszkit napelemeket, a tudósok egyre mélyebbre ásnak az anyagokban, hogy megfigyeljék szerkezetüket, az elektronok átáramlását rajtuk, és a teljesítményt korlátozó akadályokat.

Kimutatták, hogy az anyaghibák, különösen a szemcsék határain, problémákat okoznak, ami a szerkezet gyors lebomlásához vezet UV vagy nedvesség hatására. A probléma megoldására javasolt számos módszer közül a klórtartalmú akkumulátorok jelentős javulást mutattak.

A tudósok azonban keményen dolgoznak azon, hogy megmagyarázzák, miért váltja ki ezeket a hatásokat a klór, vagy hogy a lerakódás után is létezik-e az anyagban. Ez a kiindulópont az Okinawai Tudományos és Technológiai Intézet (OIST) által vezetett tudóscsoport számára. "A kutatói közösség nem tudja, miért látják ezeket a fejlesztéseket" - magyarázta Afshan Jamshaid, az OIST tudósa. "Ha hozzáadjuk, a kutatók nem tudják nyomon követni a klórt – nem tudják megállapítani, hogy a klór behatol-e a perovszkit anyagába, a felületen marad-e, vagy akár elhagyja az anyagot a gyártási folyamat során."

Annak érdekében, hogy egyértelmű választ adjon, Jamshaid és csapata klórral adalékolt perovszkit szoláris filmeket kezdett gyártani, és atomi szinten megvizsgálta a szerkezetüket, hogy megerősítse a klór jelenlétét. A pásztázó alagútmikroszkópiának nevezett képalkotó technikával sötét gödröket figyeltek meg a vékony film felületén, amelyek nem voltak jelen a klóradalékolás nélküli mintákban.

Megerősítették, hogy a film felszínén lévő sötétebb foltok klóratomok.

Aztán ki tudták számítani (a kínai Suzhou Egyetem munkatársai segítségével), hogy ezek a fekete foltok klórral helyettesített jódfoltok a perovszkit szerkezetében. A szemcsehatárokon több klór jelenléte miatt most azt gyanítják, hogy a klór segíthet csökkenteni az anyag felületi hibáinak számát és növelni annak stabilitását. Munkájukat az Energy and Environmental Science című folyóiratban megjelent cikkben teljes körűen leírták "Atomic scale Insights on Enhancing the Surface Stability of Mehylammonium Lead Jodid Perovskit through Controlled Deposition of Lead Chloride" címmel.

A csoport különböző lerakódási időkkel is kísérletezett, hogy megváltoztassa a klór végső koncentrációját az anyagban. Ezzel azt állíthatják, hogy a 14,8% a klór ideális felületi koncentrációja a stabilitás javítására. Bármilyen kisebb javulás nem lesz olyan jelentős, és a magasabb klór elkezdi teljesen megváltoztatni a perovszkit egyéb tulajdonságait.

Azt tervezik, hogy folytatják annak kutatását, hogyan használható a klór a perovszkit adalékanyagaként, a következő lépés pedig egy teljesen működőképes napelem létrehozása klórral adalékolt perovszkit rétegeken. "Az ehhez hasonló alapkutatások nagyon fontosak – segítenek a berendezésmérnököknek meghatározni az optimális gyártási folyamatot anélkül, hogy túlzott próbálkozásokra és hibákra lenne szükség" - mondta Jamshaid. "Ha megértjük, hogy az adalékanyagok hogyan javíthatják az anyagokat, ez segíthet abban is, hogy új kémiai keverékeket találjunk, amelyek jobb hatást fejtenek ki."