Чудо-капли рекордно улучшили солнечные панели и спасли от быстрой деградации

Ученые-физики добились значительных успехов в повышении эффективности и стабильности перовскитных солнечных элементов, изобрев новый метод их производства. Статья об этом исследовании появилась на сайте журнала Nature communications 26 января.

Благодаря новому методу обработки солнечные элементы достигли рекордного максимального КПД преобразования энергии (PCE) 26,05%, с сертифицированными значениями 25,44%. Более того, при испытаниях на влажное тепло устройства сохранили 82% своего первоначальной эффективности после 1000 часов в специальной камере и 75% после 840 часов испытаний на открытом воздухе.

Авторы обнаружили, что контролируемый рост двумерного (2D) перовскита поверх трехмерных (3D) перовскитных пленок снижает межфазную рекомбинацию (смещение электронов) и препятствует миграции ионов, тем самым улучшая производительность и долговечность солнечных элементов. Однако случайное появление 2D-структур может ухудшить извлечения заряда и ухудшить работу фотоэлектрического модуля.

Несмотря на обещания 3D-перовскитов, их восприимчивость к дефектам и изменениям в условиях эксплуатации препятствует их широкому коммерческому применению. Традиционно дефекты на границах зерен создают пути для миграции ионов, что со временем приводит к ухудшению производительности.

Чтобы избежать этого и получить слои правильной формы, ученые решили растворять особые вещества, лиганды мета-амидинопиридина, в специальных растворителях, таких как изопропанол. Затем раствор наносят методом центрифугирования на предварительно осажденные трехмерные слои перовскита, и с помощью термического отжига придавали правильную структуру.

Ключевым аспектом нового метода стал этап прокапывания растворителем, который позволяет удалить непрореагировавшие 2D-лиганды и точно настроить ориентацию развитых слоев. Традиционно они нарушают энергетический порядок и снижают эффективность.

Успешное формирование двумерных слоев ученые проверили с помощью таких методов, как широкоугольное рентгеновское рассеяние скользящего падения. Новые образцы показали заметные улучшения по сравнению с контрольными устройствами.

Дальнейшие исследования, несомненно, расширят эти методы и изучат их потенциальную масштабируемость, поскольку исследователи также продемонстрировали успешную интеграцию с устройствами большей площади. Этот шаг не только показывает перспективы более широкого применения, но и служит для проверки методологии для массового производства.