Published December 30, 2020 | Version v1
Publication Metadata-only

Pressure-Induced Void and Crack Closure Improves the Photoconversion Efficiency and Stability of Perovskite Solar Cells

Creators

  • 1. Worcester Polytechnic Institute
  • 2. University of Ghana
  • 3. African Institute of Science and Technology

Description

Abstract One route to a brighter global energy future may be through enhancing the efficiency and stability of perovskite solar cells (PSCs), which depends on the level of defects in the photoactive absorber and along the interfaces of the multilayered structure. Here, we use a combined experimental and theoretical approach to study the effects of pressure-induced compaction of microvoids and closure of cracks on the power conversion efficiency (PCEs) and stability of formamidinium-rich PSCs. A range of mechanical pressures was applied to the PSCs to reduce pre-existing grain-boundary voids and interfacial cracks within the devices. The PCEs of the PSCs increased from ~19.5% to ~ 23.5% for applied pressures between ~ (0 – 7) MPa. Unlaminated device stability increased by 33%, falling to 80% of initial PCE in 1800 hrs without compression, as compared to 2400 hrs with compression. The implications of this study are discussed in light of possible future manufacturing processes.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

قد يكون أحد الطرق إلى مستقبل طاقة عالمي أكثر إشراقًا من خلال تعزيز كفاءة واستقرار الخلايا الشمسية البيروفسكايتية (PSCs)، والتي تعتمد على مستوى العيوب في وحدة الامتصاص النشطة ضوئيًا وعلى طول واجهات الهيكل متعدد الطبقات. هنا، نستخدم نهجًا تجريبيًا ونظريًا مشتركًا لدراسة آثار ضغط الفراغات الدقيقة الناجم عن الضغط وإغلاق الشقوق على كفاءة تحويل الطاقة (PCEs) واستقرار PSCs الغنية بالفورماميدينيوم. تم تطبيق مجموعة من الضغوط الميكانيكية على PSCs لتقليل الفراغات الحدودية للحبوب الموجودة مسبقًا والشقوق البينية داخل الأجهزة. زادت PCEs من PSCs من ~ 19.5 ٪ إلى ~ 23.5 ٪ للضغوط المطبقة بين ~ (0 – 7) ميجا باسكال. زاد ثبات الجهاز غير المغلف بنسبة 33 ٪، حيث انخفض إلى 80 ٪ من PCE الأولي في 1800 ساعة دون ضغط، مقارنة بـ 2400 ساعة مع الضغط. تتم مناقشة الآثار المترتبة على هذه الدراسة في ضوء عمليات التصنيع المستقبلية المحتملة.

Translated Description (French)

Résumé Une voie vers un avenir énergétique mondial plus brillant peut être l'amélioration de l'efficacité et de la stabilité des cellules solaires à pérovskite (PSC), qui dépend du niveau de défauts dans l'absorbeur photoactif et le long des interfaces de la structure multicouche. Ici, nous utilisons une approche expérimentale et théorique combinée pour étudier les effets du compactage induit par la pression des microvides et de la fermeture des fissures sur l'efficacité de conversion de puissance (ECP) et la stabilité des ESP riches en formamidinium. Une gamme de pressions mécaniques a été appliquée aux ESP pour réduire les vides préexistants aux limites des grains et les fissures interfaciales à l'intérieur des dispositifs. Les pce des PSC ont augmenté de ~ 19,5 % à ~ 23,5 % pour les pressions appliquées entre ~ (0 – 7) MPa. La stabilité du dispositif non laminé a augmenté de 33%, tombant à 80% du pce initial en 1800 heures sans compression, contre 2400 heures avec compression. Les implications de cette étude sont discutées à la lumière des futurs procédés de fabrication possibles.

Translated Description (Spanish)

Resumen Una ruta hacia un futuro energético global más brillante puede ser a través de la mejora de la eficiencia y la estabilidad de las células solares de perovskita (PSC), que depende del nivel de defectos en el absorbente fotoactivo y a lo largo de las interfaces de la estructura multicapa. Aquí, utilizamos un enfoque experimental y teórico combinado para estudiar los efectos de la compactación inducida por presión de microhuecos y el cierre de grietas en la eficiencia de conversión de energía (PCE) y la estabilidad de los PSC ricos en formamidinio. Se aplicó un rango de presiones mecánicas a los PSC para reducir los vacíos preexistentes en los límites del grano y las grietas interfaciales dentro de los dispositivos. Los PCE de los PSC aumentaron de ~ 19,5% a ~ 23,5% para presiones aplicadas entre ~ (0 – 7) MPa. La estabilidad del dispositivo no laminado aumentó en un 33%, cayendo al 80% del PCE inicial en 1800 horas sin compresión, en comparación con 2400 horas con compresión. Las implicaciones de este estudio se discuten a la luz de posibles procesos de fabricación futuros.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يعمل الفراغ الناجم عن الضغط وإغلاق الشقوق على تحسين كفاءة التحويل الضوئي واستقرار خلايا بيروفسكايت الشمسية
Translated title (French)
La fermeture du vide et des fissures induite par la pression améliore l'efficacité et la stabilité de la photoconversion des cellules solaires à pérovskite
Translated title (Spanish)
El cierre de huecos y grietas inducido por la presión mejora la eficiencia de fotoconversión y la estabilidad de las células solares de perovskita

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3119177546
DOI
10.21203/rs.3.rs-134394/v1

Is supplement to
https://openalex.org/W4386018576 (Other)
https://openalex.org/W4309825568 (Other)
https://openalex.org/W4232453788 (Other)
https://openalex.org/W4211142234 (Other)
https://openalex.org/W3159432477 (Other)
https://openalex.org/W3139157896 (Other)
https://openalex.org/W2995386109 (Other)
https://openalex.org/W2991280330 (Other)
https://openalex.org/W2942704645 (Other)
https://openalex.org/W2075511306 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Ghana