Självläkande fotovoltaiska perovskitmaterial och komponenter
- Diarienummer
- SIP21-0044
- Projektledare
- Moons, Ellen
- Start- och slutdatum
- 220901-270831
- Beviljat belopp
- 2 792 586 kr
- Förvaltande organisation
- Karlstad University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Den senaste tiden har perovskitsolceller (PSC), gjorda av potentiellt billiga metallhalogenidperovskit halvledare, dominerat den fotovoltaiska forskningen, på grund av deras ultrasnabbt växande verkningsgrad (PCE) och den korta energiåterbetalningstiden. PSC-teknikens nästa utmaning är dock att förbättra den långsiktiga stabiliteten. Projektet syftar till att maximera livslängden för PSC genom att använda materialets självläkande förmåga. Vi strävar efter att förstå relationen mellan självläkningen av fotoluminescensen i enkristaller av blyhalogenidperovskit och PCE återhämtning under dag/natt-cykler i polykristallina PSC:s. Därför kommer självläkning att studeras i prover av ökande komplexitet, från polykristallina filmer till partiella solceller och vidare till kompletta multilagersolceller. Gränssnitten mellan perovskit och laddningstransportlager spelar en dubbelroll, dels som barriär för jonmigrering och dels för att hålla kvar perovskitens nedbrytningsprodukter, som behövs för att materialet skall kunna läkas. Den föreslagna forskningen förenar expertis om icke-destruktiv karakterisering av material och gränssnitt (KAU, WIS) med solcellsstudier (BGU, KAU). Projektets resultat kommer att visa vägen till nya självläkande halvledarmaterial och solcellsarkitekturer och kan stimulera ett bredare akademiskt och industriellt samarbete mellan Israel och Sverige inom områden som tryckt elektronik, detektorer, optoelektronik och avancerad utrustning för ytanalys.
Populärvetenskaplig beskrivning
Elektroniska komponenter, som solceller och lysdioder, degraderar oftast över tid. De är gjorda av halvledarmaterial, som är grunden för all elektronik, datorer, mobiltelefoner och skärmar. Det vore enormt värdefullt, inte minst från ett miljöperspektiv, om elektronik kunde reparera sig själv. En sådan förmåga kan låta som science fiction, men faktum är att självläkning (engelska self-healing) har observerats i vissa material. En ny klass av halvledarmaterial som har visat sådan förmåga är metallhalidperovskiter (MHP). MHP används till högeffektiva solceller och lysdioder. Exempelvis har en av de israeliska forskargrupperna (BGU) som deltar i projektet visat att solceller av MHP, som degraderar i solljus, kan återfå sin effektivitet på natten, när det är mörkt. Den andra israeliska forskargruppen (WIS) har visat att enkristaller av blyhalidperovskiter som har utsatts för starkt laserljus och på grund av detta har tappat förmågan att lysa, återfår sin fotoluminescens efter en vilotid i mörkret. Även om de två observationerna, den ena i solcellens multikristallina tunna skikt och den andra i enkristaller, verkar kunna vara besläktade, så saknas grundläggande förståelse för relationen mellan dessa fenomen. För att förstå hur självläkning i MHP-material fungerar, kommer vi i detta projekt att studera olika sorters prover. Vi kommer att tillverka tunna filmer av MHP, solceller och även något mittemellan, nämligen en slags halvfärdig solcell, där ett lager av annat material läggs på perovskitmaterialet, i likhet med laddningstransportlagren i en färdig solcell. Kontaktlagrens roll i att hindra joner och nedbrytningsprodukterna från att lämna perovskiten kommer att undersökas. Dessa nedbrytningsprodukter kan på så vis återanvändas för att vända om processen och läka MHP-materialet. Genom samarbetet med den svenska forskargruppen kommer forskarlaget att använda sig av icke-destruktiva analysmetoder för ta reda på vilka bindningar i materialet som ändrar sig vid nedbrytning och läkning, samt vad dessa ändringar har för effekt på materialets elektroniska egenskaper. På lång sikt kommer projektet att visa vägen mot nya självläkande halvledarmaterial som kan återställa sina egenskaper efter degradering. Det vi lär oss om självläkande halvledarelektronik förväntas ha ett stort värde för framtida förnybar energikällor, samt för att utveckla hållbar elektronik utan slöseri med resurser.