เป็นครั้งแรกที่นักวิจัยในสหราชอาณาจักรและญี่ปุ่นระบุตำแหน่งที่วัสดุที่เรียกว่า perovskites เริ่มย่อยสลาย การเสื่อมสภาพนี้เกิดจากการก่อตัวของข้อบกพร่องที่ทำหน้าที่เป็น “กับดัก” สำหรับตัวพาประจุที่เคลื่อนที่ผ่านโครงสร้างผลึกของวัสดุ เป็นอุปสรรคต่อการทำการค้าอุปกรณ์ที่ใช้เพอรอฟสไคต์ เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ เนื่องจากจะลดประสิทธิภาพเมื่อเวลาผ่านไป งานใหม่นี้จึงสามารถช่วยปรับปรุงความเสถียรและประสิทธิภาพของเพอร์รอฟสไกต์ได้โดยการชี้ทางไปสู่การควบคุมการก่อตัวของข้อบกพร่อง
เพอรอฟสไคต์ที่เป็นเมทัลฮาไลด์มีโครงสร้าง ABX 3 โดยที่ A
โดยทั่วไปคือซีเซียม เมทิลแอมโมเนียม (MA) หรือฟอร์มามิดิเนียม (FA) B คือตะกั่วหรือดีบุก และ X คือคลอรีน โบรมีน หรือไอโอดีน พวกมันเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางเนื่องจากสามารถดูดซับแสงในช่วงความยาวคลื่นที่กว้างในสเปกตรัมของแสงอาทิตย์ แท้จริงแล้ว วัสดุเหล่านี้มีประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน (PCE) มากกว่า 25% สำหรับเซลล์แบบแยกทางเดียว และเกือบ 30% สำหรับเซลล์เพอรอฟสไกต์/ซิลิกอนแบบตีคู่ ซึ่งหมายความว่าพวกเขาเป็นคู่แข่งกับวัสดุเซลล์แสงอาทิตย์ เช่น ซิลิกอน แกลเลียมอาร์เซไนด์ และแคดเมียมเทลลูไรด์ นอกจากนี้ยังมีกระบวนการแปรรูปที่ถูกกว่าผลึกซิลิคอนและสามารถเตรียมเป็นหมึกเหลวที่พิมพ์เพื่อผลิตฟิล์มบาง ๆ ได้
ปัญหาสองครั้งข้อเสียเปรียบใหญ่ของ Perovskites คือข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ข้อบกพร่องเหล่านี้เป็นปัญหาซ้ำซ้อน เพราะเช่นเดียวกับการดักจับพาหะประจุไฟฟ้าที่ตื่นเต้นกับภาพถ่าย (อิเล็กตรอนและรู) ปรากฎว่าพวกมันยังเป็นจุดที่ชั้นเพอร์รอฟสไคต์ที่ดูดซับแสงเริ่มเสื่อมสภาพด้วยโฟโตเคมีคอล
ในงานวิจัยชิ้นใหม่นี้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในสหราชอาณาจักรและสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีโอกินาวา (OIST)ในญี่ปุ่นได้ศึกษาโครงสร้างนาโนของฟิล์มบางเพอร์รอฟสไกต์และการเปลี่ยนแปลงนี้เมื่อเวลาผ่านไปเมื่อสัมผัสกับแสงแดด ด้วยความร่วมมือกับDiamond Light SourceและElectron Physical Sciences Imaging Center (ePISC)ในเมือง Didcot สหราชอาณาจักร ร่วมกับDepartment of Materials Science and Metallurgy
ในเมืองเคมบริดจ์ทีมงานใช้เทคนิคที่มีความละเอียดเชิงพื้นที่
สูงหลายวิธีเพื่อแสดงให้เห็นว่าแม้รอยตำหนิจำนวนมากจะบั่นทอนความเสถียรของวัสดุ (และดังนั้นจึงมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน) การเสื่อมสภาพรอบๆ ข้อบกพร่องเหล่านี้เกิดขึ้นเร็วกว่าวัสดุบริสุทธิ์ที่อยู่รอบๆ มาก และฟิล์มที่เสื่อมสภาพยังมีรูทางสัณฐานวิทยาที่ก่อตัวขึ้นรอบๆ ข้อบกพร่อง
ควบคุมสิ่งสกปรกนักวิจัยรายงานว่าประเภทของข้อบกพร่องและวิธีการกระจายตัวในวัสดุนั้นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของฟิล์มบางเพอร์รอฟสไกต์และวิธีการแปรรูป การสูญเสียประสิทธิภาพและกระบวนการย่อยสลายที่แท้จริงสามารถลดลงได้ด้วยการควบคุมสิ่งเจือปนเหล่านี้ ซึ่งจำเป็นต้องมีการจัดการคุณสมบัติทางโครงสร้างและทางเคมีในท้องถิ่นอย่างระมัดระวัง
“เราทราบดีว่าการปรับแต่งโครงสร้าง (การเอียงของโครงตาข่าย perovskite) สามารถยับยั้งการก่อตัวของเฟสที่มีข้อบกพร่องที่เป็นอันตรายได้มากที่สุด” Stuart Macphersonนักศึกษาปริญญาเอกที่ Cambridge และผู้เขียนนำบทความในNatureอธิบายถึงผลการวิจัยของทีม “ความจริงแล้ว เอฟเฟกต์นี้ถูกใช้โดยไม่รู้ตัวในอุปกรณ์ที่มีความเสถียรสูงบางอย่างในวรรณกรรม”
Macpherson บอก กับ Physics Worldว่าการกำจัดคุณสมบัติที่มีข้อบกพร่องเหล่านี้จะก่อให้เกิดประโยชน์สองเท่าในรูปแบบของประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น “การพัฒนากลยุทธ์นี้ให้ก้าวหน้าและการระบุสารสร้างความเจ็บปวดที่มีผลคล้ายกันจะเป็นผลสืบเนื่องตามธรรมชาติสำหรับงานนี้” เขากล่าวเสริม
ขณะนี้ทีมงานของเคมบริดจ์-โอกินาวากำลังขยายชุดเครื่องมือการระบุลักษณะเฉพาะเพื่อดำเนินการตรวจสอบผลกระทบของขั้นตอนข้อบกพร่องในวัสดุเพอร์รอฟสไกต์อื่นๆ ต่อไป “เรายังมุ่งมั่นที่จะเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตอุปกรณ์ตามการค้นพบของเรา เพื่อสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพและเสถียร” Macpherson กล่าว “งานในอนาคตของเราจะมุ่งเน้นไปที่การตรวจสอบอิทธิพลพื้นฐานของขั้นตอนความไม่บริสุทธิ์ในกระบวนการทางกายภาพภายในเซลล์แสงอาทิตย์แบบเพอรอฟสไกต์”
แนะนำ : รีวิวซีรี่ย์เกาหลี | ลายสัก | รีวิวร้านอาหาร | โทรศัพท์มือถือ ราคาถูก | เรื่องย่อหนัง
