مقدمة ل بيروفسكايت الطاقة الشمسية الخلايا
ال بناء ل بيروفسكايت الطاقة الشمسية الخلايا يكون مصورة في ال شكل أقل. إنه جوهر يكون a ضوء-امتصاص مادة مكون ل معدن عضوي هاليدات مع a بيروفسكايت كريستال بناء (أي بي إكس₃) (وحدة خلية بناء معروض في ال مُرفَق شكل). في هذا بيروفسكايت أي بي إكس₃ بناء, A يكون ال ميثيل أمونيوم مجموعة (CH₃نيو هامبشاير₃⁺), B يكون a معدن يقود ذرة, و X يكون a الهالوجين ذرة هذه مثل الكلور, البروم, أو اليود. حالياً, ال معظم شائع بيروفسكايت مادة في عالي-كفاءة بيروفسكايت الطاقة الشمسية الخلايا يكون ميثيل أمونيوم يقود يوديد (CH₃نيو هامبشاير₃PbI₃). هو - هي لديه a فجوة النطاق ل تقريبًا 1.5 إلكترون فولت و a عالي الانقراض معامل; a فيلم فقط a عدد قليل مائة نانومتر سميك يستطيع بما فيه الكفاية امتصاص ضوء الشمس أعلى ل 800 نانومتر. علاوة على ذلك, هذا مادة يكون بسيط ل يحضر—a زي مُوحد فيلم يستطيع يكون مُقتَنىً بواسطة يلف-طلاء a حل يحتوي على PbI₂ و CH₃نيو هامبشاير₃I في غرفة درجة حرارة. هؤلاء ملكيات يُمكَِن ال بيروفسكايت-يكتب بناء CH₃نيو هامبشاير₃PbI₃ ل لا فقط امتصاص مرئي ضوء و جزء ل ال قريب-الأشعة تحت الحمراء نطاق لكن أيضًا يولد تم توليدها ضوئيًا شركات النقل الذي - التي نكون أقل ميال ل إعادة التركيب, مع الحد الأدنى طاقة خسارة. هذا يكون ال أساسي سبب لماذا بيروفسكايت الطاقة الشمسية الخلايا يستطيع يحقق عالي كفاءة.
شكل: كريستال بناء ل بيروفسكايت مادة (استخدام CH₃نيو هامبشاير₃PbI₃ مثل أ مثال) و تخطيطي رسم بياني ل a بيروفسكايت الطاقة الشمسية خلية بناء.
حق ل ال نسبياً معقد كريستال بناء, أيّ يفرض حازم متطلبات على ال نصف القطر ل ال الذرات (أو مجموعات) في ال A, B, و X المواقع, ال تعبير ل بيروفسكايت ضوء-امتصاص مواد يكون نسبياً مُثَبَّت. حديثاً, بعض بحث مجموعات يملك تم استبداله ال ميثيل أمونيوم مجموعة في ال A موقع مع فورماميدينيوم (الاتحاد الانجليزي لكرة القدم⁺), تضييق ال فجوة النطاق ل 1.48 إلكترون فولت و تحقيق أعلى التيار الضوئي. ل ال B موقع, استبدال يقود (الرصاص) مع قصدير (القصدير) لديه لا حتى الآن نتج في أي تم الإبلاغ عنه كهروضوئية إجابة. ل ال X موقع, الذرات هذه مثل الكلور, البروم, أو اليود يستطيع يكون مستخدم, لكن فقط اليود-قائم على البيروفسكايت يملك a مناسب فجوة النطاق ل عالي تحويل كفاءة. بجانب CH₃نيو هامبشاير₃PbI₃, CH₃نيو هامبشاير₃PbI₃₋ₓClₓ يكون أيضًا على نطاق واسع درس. بينما الحفاظ على ال أساسي طاقة مستوى بناء, a صغير كمية ل الكلور المنشطات يستطيع يحسن إلكترون القدرة على الحركة, إظهار أرقى كهروضوئية أداء. لكن, مقارنة ل السيليكون-قائم على مواد, عادة مستخدم بيروفسكايت ضوء-امتصاص مواد يملك العيوب هذه مثل بشكل غير كاف واسع ضوء إجابة يتراوح, حساسية ل ماء و بعض المذيبات, و يحتوي على ثقيل معدن يقود. لذلك, العثور على بيروفسكايت مواد مع أضيق فجوات النطاق, أحسن مادة كيميائية استقرار, و بيئي الود يكون بدرجة عالية ذات معنى.
ال تطوير ل بيروفسكايت رفيع-فيلم الطاقة الشمسية الخلايا نشأت من صبغ-حساس الطاقة الشمسية الخلايا (مراكز خدمة العملاء). الاستفادة التقنيات متراكمة زيادة ال ماضي اثنين عقود في مراكز خدمة العملاء, عضوي الطاقة الشمسية الخلايا, و آحرون, بيروفسكايت الطاقة الشمسية الخلايا يملك متطور بسرعة. ال أقدم بيروفسكايت الطاقة الشمسية الخلايا مستخدم CH₃نيو هامبشاير₃PbI₃ ل تحسس ثاني أكسيد التيتانيوم₂ الأنودات الضوئية و a سائل I₃⁻/I⁻ المنحل بالكهرباء, تحقيق أ كفاءة ل فقط 3.8% (مُحسَّن ل 6.5%). لكن, حق ل ال عدم الاستقرار ل CH₃نيو هامبشاير₃PbI₃ في ال سائل I₃⁻/I⁻ المنحل بالكهرباء, ال خلية استقرار كان فقير, و بحث في هذا منطقة يكون الآن محدود. استبدال ال سائل I₃⁻/I⁻ المنحل بالكهرباء مع a صلب-ولاية فتحة ينقل مادة (اتش تي ام) (e.g., سبيرو-أوميتاد, P3HT) بشكل كبير تحسنت خلية كفاءة, الوصول 16%, متجاوز ال أعلى كفاءة ل صبغ-حساس الطاقة الشمسية الخلايا (13%) و إظهار جيد استقرار.
مبنى على هذا, H. سنيث وآخرون ال. تم استبداله ال مسامي سقالة طبقة n-يكتب أشباه الموصلات ثاني أكسيد التيتانيوم₂ مع أ عازل مادة هذه مثل ال₂O₃ أو أكسيد الزركونيوم₂ و مجمعة رفيع-فيلم الخلايا استخدام فتحة ينقل مواد, أيضًا تحقيق عالي كفاءة (ال تم الإبلاغ عنه أعلى كفاءة كان 15.9%). هذا نتيجة يشير إلى الذي - التي ال بيروفسكايت مادة CH₃نيو هامبشاير₃PbI₃ نفسها لديه جيد إلكترون التوصيل القدرة. بيروفسكايت الطاقة الشمسية الخلايا قائم على على عازل مادة سقالة طبقات يملك, في مبدأ, انتقلت وَرَاءَ ال تقليدي التحسس مفهوم, تصبح a متوسط الحجم مُبنى فوقيًا تقاطع غير متجانس الطاقة الشمسية خلية. بالإضافة إلى, بواسطة إزالة ال عازل سقالة طبقة و استخدام a زي مُوحد عالي-جودة بيروفسكايت فيلم, a مستوٍ تقاطع غير متجانس خلية يستطيع أيضًا يحقق عالي كفاءة (ال تم الإبلاغ عنه أعلى كفاءة يكون 15.7%). على ال آخر يُسلِّم, حتى بدون فتحة ينقل مواد, a تقاطع غير متجانس خلية تشكلت بين بيروفسكايت و مسامي ثاني أكسيد التيتانيوم₂ لديه وصل أ كفاءة ل 10.5%. في هذا بناء, مشابه ل غرواني الكم نقطة الطاقة الشمسية الخلايا, ال بيروفسكايت يخدم مزدوج الأدوار: ضوء امتصاص و فتحة ينقل. بالإضافة إلى ذلك, استخدام بيروفسكايت مادة مثل ال ضوء-امتصاص طبقة في أ عضوي الطاقة الشمسية خلية بناء, مع الفوليرين المشتق ثنائي الفينيل متعدد الكلور مثل ال إلكترون ينقل طبقة و بيدوت:بي اس اس مثل ال فتحة ينقل طبقة, الكفاءات تجاوز 12% يملك كان تم تحقيقه, متجاوز ال أفضل نتائج ل تقليدي عضوي/بوليمر الطاقة الشمسية الخلايا. هو - هي يكون يستحق ذكر الذي - التي بيروفسكايت الطاقة الشمسية الخلايا قائم على على عضوي الطاقة الشمسية خلية الهياكل يستطيع يكون صنع مرن و تم إنتاجه لفافة-ل-لفافة ل كبير-حجم إنتاج. حالياً, هذه مرن بيروفسكايت الخلايا يملك تم تحقيقه a عالي كفاءة ل 9.2%.
شكل: بناء ل a بيروفسكايت الطاقة الشمسية خلية.
ال حقيقة الذي - التي بيروفسكايت مواد يستطيع يحقق الكفاءات تجاوز 10% في هؤلاء بشكل كبير مختلف الطاقة الشمسية خلية الهياكل يقترح الذي - التي, في مستقبل عملي التطبيقات, عديد الهياكل يمكن تعايش و تنافس. معًا, في-عمق بحث و فهم ل ال أساسي ملكيات ل ال مواد و ال عمل مبادئ ل ال الخلايا نكون مهم. هذا سوف لا فقط يساعد إضافي يحسن ال أداء ل بيروفسكايت الطاقة الشمسية الخلايا لكن أيضًا يمد رؤى ل تطوير أبسط أو أكثر فعال جديد الهياكل.
