Australijski istraživači su pokazali da perovskitne solarne ćelije oštećene protonskim zračenjem u niskoj orbiti Zemlje mogu povratiti do 100% svoje prvobitne efikasnosti žarenjem u termičkom vakuumu.
Ovo se postiže pažljivim dizajnom materijala za transport rupa (HTM), koji se koristi za transport foto generisanih pozitivnih naelektrisanja do elektrode u ćeliji.
Multidisciplinarni projekat je prvi koji koristi spektroskopiju termičke admitanse (TAS) i prolaznu spektroskopiju dubokog nivoa (DLTS) za proučavanje defekata u protonskim ozračenim i termički vakum oporavljenim perovskitnim solarnim ćelijama (PSC). To je takođe prva studija koja koristi ultratanke safirne podloge sa visokim odnosom snage i težine pogodnim za komercijalne primene.
Rezultati su objavljeni u časopisu Advanced Energy Materials.
Lagani PSC su jak kandidat za napajanje jeftinog svemirskog hardvera zahvaljujući niskoj ceni proizvodnje, visokoj efikasnosti i radijacijskoj tvrdoći.
Sve prethodne studije protonskog zračenja PSC-a odvijale su se na težim podlogama debljim od 1 mm. Ovde, da bi se iskoristili visoki odnosi snage i težine, tim sa Univerziteta u Sidneju koristio je ultratanke podloge od safira otporne na zračenje i optički providne od 0,175 mm. Projekat je vodila profesorka Anita Ho-Baillie, koja je takođe istraživač saradnik u ARC Centru izvrsnosti u nauci Ekciton.
Ćelije su bile izložene brzom skenirajućem snopu olovke od sedam mega-elektron-volti (MeV) protona koristeći mikrosondu teških jona visoke energije u Centru za nauku o akceleratorima (CAS) u ANSTO-u, oponašajući izloženost protonskom zračenju koju bi paneli solarnih ćelija prolaze dok kruže oko Zemlje na satelitu u niskoj orbiti Zemlje (LEO) desetinama do stotinama godina.
Utvrđeno je da tip ćelija sa popularnim HTM i popularnim dopantom u njegovom HTM manje je tolerantan na zračenje od svojih rivala. U pitanju je HTM jedinjenje 2,2,’7,7′-tetrakis[N,N-di(4-metoksifenil)amino]-9,9′-spirobifluoren (Spiro-OMeTAD), dok je dopant litijum bis (trifluorometansulfonil)imid (LiTFSI).
Kroz hemijsku analizu, tim je otkrio da difuzija fluora iz LiTFSI izazvana protonskim zračenjem unosi defekte na površinu fotoapsorbera perovskita, što može dovesti do degradacije ćelija i gubitka efikasnosti tokom vremena.
„Zahvaljujući podršci koju nam je pružio Ekciton Science, uspeli smo da steknemo sposobnost prolazne spektroskopije dubokog nivoa za proučavanje ponašanja defekta u ćelijama“, rekao je glavni autor dr Ši Tang.
Tim je bio u stanju da utvrdi da ćelije bez Spiro-OMeTAD i bez LiTFSI nisu doživele oštećenja povezana sa difuzijom fluora, a degradacija izazvana protonskim zračenjem mogla bi se preokrenuti toplotnom obradom u vakuumu. Ove ćelije otporne na zračenje imale su ili poli[bis(4-fenil) (2,5,6-trimetilfenil) (PTAA) ili kombinaciju PTAA i 2,7-dioktil[1]benzotieno[3,2-b][ 1]benzotiofen (C8BTBT) kao materijal za transport rupa, sa tris(pentafluorofenil)boranom (TPFB) kao dopantom.
„Nadamo se da će uvidi dobijeni ovim radom pomoći budućim naporima u razvoju jeftinih lakih solarnih ćelija za buduće svemirske aplikacije“, rekao je profesor Ho-Baillie.
