استخدمت مجموعة من العلماء الأمريكيين الكنديين جزيئات قاعدة لويس لتحسين التخميل السطحي في خلية بيروفسكايت الشمسية.أنتج الفريق جهازًا بجهد دائرة مفتوحة عالي ومستويات ثبات ملحوظة.
قام فريق بحث أمريكي كندي بتصنيع البيروفسكايت المقلوبالخلايا الشمسيةباستخدام جزيئات قاعدة لويس لتخميل السطح.تُستخدم قواعد لويس عمومًا في أبحاث البيروفسكايت الشمسية لإبطال العيوب السطحية في طبقة البيروفسكايت.وهذا له آثار إيجابية على محاذاة مستوى الطاقة، وحركية إعادة التركيب البيني، وسلوك التباطؤ، والاستقرار التشغيلي.
وقال العلماء: "من المتوقع أن تحدد قاعدة لويس، التي تتناسب عكسيا مع السالبية الكهربية، طاقة الربط واستقرار الواجهات وحدود الحبوب"، مشيرين إلى أن الجزيئات أثبتت فعاليتها العالية في خلق ترابط قوي بين طبقات الخلايا عند مستوى الواجهة."يمكن لجزيء لويس الأساسي الذي يحتوي على ذرتين متبرعتين بالإلكترون أن يربط ويربط الواجهات والحدود الأرضية، مما يوفر إمكانية تعزيز الالتصاق وتقوية المتانة الميكانيكية لخلايا البيروفسكايت الشمسية."
استخدم العلماء جزيء قاعدة ثنائي فسفين لويس المعروف باسم بروبان 1,3-مكرر (ثنائي فينيل فوسفينو) (DPPP) لإبطال أحد أكثر البيروفسكايتات الهاليدية الواعدة - يوديد الرصاص الفورميدينيوم المعروف باسم FAPbI3 - لاستخدامه في الطبقة الممتصة للخلية.
قاموا بترسيب طبقة البيروفسكايت على طبقة نقل الثقب المشبعة بـ DPPP (HTL) المصنوعة من أكسيد النيكل (II) (NiOx).ولاحظوا أن بعض جزيئات DPPP أعيد إذابتها وفصلها في كل من واجهة البيروفسكايت/أكسيد النيكل والمناطق السطحية للبيروفسكايت، وأن تبلور طبقة البيروفسكايت تحسنت.قالوا إن هذه الخطوة عززتميكانيكيصلابة واجهة البيروفسكايت/NiOx.
قام الباحثون ببناء الخلية بركيزة مصنوعة من الزجاج وأكسيد القصدير (FTO)، HTL يعتمد على NiOx، وهي طبقة منكربازول الميثيل المستبدل(Me-4PACz) كطبقة نقل الثقب، وطبقة البيروفسكايت، وطبقة رقيقة من يوديد فينيثيل الأمونيوم (PEAI)، وطبقة نقل إلكترون مصنوعة من بوكمينسترفوليرين (C60)، وطبقة عازلة من أكسيد القصدير (IV) (SnO2)، و جهة اتصال معدنية مصنوعة من الفضة (Ag).
قارن الفريق أداء الخلية الشمسية المشبعة بـ DPPP مع جهاز مرجعي لم يخضع للمعالجة.حققت الخلية المخدرة كفاءة تحويل طاقة تبلغ 24.5%، وجهد دائرة مفتوحة يبلغ 1.16 فولت، وعامل تعبئة يبلغ 82%.وصل الجهاز غير المشفر إلى كفاءة قدرها 22.6%، وجهد دائرة مفتوحة قدره 1.11 فولت وعامل تعبئة قدره 79%.
وقال العلماء: "أكد التحسن في عامل التعبئة وجهد الدائرة المفتوحة انخفاض كثافة الخلل في الواجهة الأمامية لـ NiOx / perovskite بعد معالجة DPPP".
وقام الباحثون أيضًا ببناء خلية مخدرة تبلغ مساحتها النشطة 1.05 سم2 وحققت تحويلًا للطاقةكفاءة تصل إلى 23.9%ولم تظهر أي تدهور بعد 1500 ساعة.
قال الباحث Chongwen Li: "مع DPPP، وفي ظل الظروف المحيطة - أي بدون تسخين إضافي - ظلت كفاءة تحويل الطاقة الإجمالية للخلية مرتفعة لمدة 3500 ساعة تقريبًا"."تميل خلايا البيروفسكايت الشمسية التي تم نشرها سابقًا في الأدبيات إلى رؤية انخفاض كبير في كفاءتها بعد 1500 إلى 2000 ساعة، لذلك يعد هذا تحسنًا كبيرًا".
قدمت المجموعة، التي تقدمت مؤخرًا بطلب للحصول على براءة اختراع لتقنية DPPP، تقنية الخلية في "التصميم العقلاني لجزيئات لويس الأساسية من أجلخلايا بيروفسكايت الشمسية المقلوبة مستقرة وفعالة"، والذي تم نشره مؤخرًا في مجلة Science.ويضم الفريق أكاديميين من جامعة تورنتو في كندا، بالإضافة إلى علماء من جامعة توليدو، وجامعة واشنطن، وجامعة نورث وسترن في الولايات المتحدة.
وقت النشر: 27 فبراير 2023