Rajčatový antioxidant prodlužuje životnost solárních článků
Čínští vědci stabilizovali perovskitové solární články pomocí antioxidantu lykopenu, který se nachází v rajčatech a grapefruitech. Lykopen byl původně přidáván k blokování volných radikálů a ochraně perovskitů před oxidací. Bylo však zjištěno, že lykopen má i další užitečnou vlastnost: schopnost pasivovat pasti a zlepšovat krystalinitu perovskitů. Výsledky studie jsou publikovány v časopise Pokročilé energetické materiály.
Účinnost perovskitových solárních článků se za deset let zvýšila z 3,8 na 25,2 procenta. Takové solární články se snadno vyrábějí, jsou levné a lze je použít jak samostatně, tak jako horní poloprůhlednou část tandemových solárních článků. Hlavním problémem perovskitových článků zůstává nedostatečná stabilita. Vlivem slunečního záření, vysoké teploty, kyslíku a vody perovskity degradují – zhoršuje se extrakce náboje z aktivní vrstvy k elektrodám a v pozdějších fázích dochází k oxidaci a destrukci krystalové mřížky perovskitu. Vědci nyní aktivně hledají způsoby, jak takové solární články stabilizovat.
Čínští vědci zabývající se materiály pod vedením Hongwei Songa z Univerzity v Jilinu se rozhodli použít přírodní antioxidant lykopen ke stabilizaci perovskitových solárních článků. Lykopen je červený karotenoidní pigment, necyklický izomer jiného antioxidantu, beta-karotenu. Lykopen se nachází v různých červených plodech, jako jsou šípky, rajčata a grapefruity (ale ne v třešních a jahodách), a používá se mimo jiné jako potravinářské barvivo. Jedná se o dlouhý lineární uhlovodík obsahující třináct dvojných vazeb uhlík-uhlík, z nichž jedenáct je konjugovaných, tj. tvoří jeden systém π-elektronů. Tato struktura pomáhá lykopenu blokovat volné kyslíkaté radikály. Song a jeho kolegové navrhli, že přidání lykopenu by pomohlo zastavit oxidaci perovskitu a prodloužit životnost solárního článku.
Vědci pracovali s perovskitem složení Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95PbI0.83Br0.17 (CsFAMA). Lykopen byl přidán přímo do aktivní vrstvy solárního článku. Po vyzkoušení formulací s různým množstvím lykopenu se Sun a jeho kolegové ustálili na koncentraci 0,01 hmotnostních procent.
Kromě zachycování volných radikálů se ukázalo, že lykopenové přísady mají další užitečnou vlastnost: zlepšení krystalinity perovskitových filmů. Ve vzorcích s lykopenem se průměrná velikost perovskitových krystalitů zvýšila z 206 na 282 nanometrů, samotné filmy se staly rovnoměrnějšími a jejich absorpce (která závisí na krystalinitě) byla vyšší.
Transmisní elektronová mikroskopie navíc ukázala, že lykopen je koordinován na hranicích krystalitů, což zajišťuje pasivaci hraničních pastí. Pasti v polovodičích se nazývají atomové vakance, nečistoty a další defekty, které blokují pohyb nosičů náboje a snižují účinnost solárního článku. Škoda pastí však tím nekončí – v oblastech s velkým počtem pastí začínají procesy oxidace a degradace perovskitové mřížky rychleji. Počet pastí ve filmech lze zjistit měřením doby rozpadu fotoluminiscence – čím více pastí, tím častěji dochází k procesu neradiační rekombinace nosičů náboje a tím rychleji luminiscence doznívá. Po přidání lykopenu se doba rozpadu fotoluminiscence více než zdvojnásobila – ze 176 na 386 pikosekund.
Po optimalizaci všech parametrů umožnilo přidání lykopenu zvýšit účinnost perovskitového solárního článku z 20,6 na 23,6 procenta. Stabilita se také zlepšila podle očekávání: články s lykopenem pracovaly 3500 92 hodin a zachovaly si více než 2000 procent své původní účinnosti. Účinnost článků bez přísad za stejných podmínek klesla během prvních XNUMX XNUMX hodin na polovinu.
Vzhledem k tomu, že lykopen je snadno dostupný a levný, nová metoda by mohla být snadno použitelná pro stabilizaci průmyslových solárních modulů.
Koncem května jsme psali o tom, jak čínští, japonští a švýcarští chemici stabilizovali katody perovskitových solárních článků pomocí dvojitého grafenového povlaku a získali solární články, které mohou pracovat 5000 XNUMX hodin. Vnější grafenová vrstva chrání solární článek před kyslíkem a vodou, zatímco vnitřní vrstva zpomaluje migraci iontů.
Natalia Samojlová
