Новая технология помогает перовскитным солнечным элементам противостоять солнцу
Перовскитные материалы быстро становятся многообещающими кандидатами для солнечных элементов, но одним из их основных недостатков является то, что они могут разлагаться под прямыми солнечными лучами. Исследователи из университета UCLA обнаружили основную причину проблемы и нашли простое решение, которое можно применить в процессе производства.
Кремний долгое время доминировал в мире солнечных элементов, и ни один другой материал не мог сравниться с его великолепным сочетанием эффективности, долговечности и стоимости. Но один претендент быстро поднимается «по служебной лестнице» — металлогалогенидные перовскиты, которые приближаются по эффективности к кремнию, но дешевле, легче и гибче.
Но есть загвоздка. Перовскитные материалы имеют тенденцию разрушаться под прямыми солнечными лучами, что со временем снижает их эффективность.
Это, конечно, проблема для устройств, предназначенных для работы под прямыми солнечными лучами. Прошлые исследования пытались решить эту проблему долговечности, добавляя громоздкие молекулы, новые пигменты, углеродные нанонити, 2D-добавки или квантовые точки.
В новом исследовании ученые раскрыли механизм того, как происходит эта деградация перовскитных материалов. По иронии судьбы, это оказалось связано с обработкой поверхности, предназначенной для исправления дефектов и повышения эффективности.
Такой процесс включает в себя покрытие поверхности слоем органических ионов, но ученые обнаружили, что это может создать своего рода ловушку для переносящих энергию электронов, которые собираются на поверхности. Это, в свою очередь, дестабилизирует расположение атомов перовскита, вызывая со временем его разрушение.
Поэтому исследователи решили проблему, объединив положительные и отрицательные ионы при обработке поверхности. Это позволило сохранить поверхность нейтральной и стабильной, не мешая предотвращению дефектов первоначальной обработки.
Чтобы выяснить, насколько хорошо работает новый метод, исследователи круглосуточно тестировали солнечные элементы при мощном освещении, чтобы имитировать условия ускоренного старения.
Солнечные элементы, обработанные по новой технологии, сохранили 87 процентов своей эффективности после более чем 2000 часов в этих условиях — намного лучше, чем необработанные элементы, эффективность которых снизилась до 65 процентов.
«Наши перовскитные солнечные элементы являются одними из самых стабильных по эффективности, о которых сообщалось на сегодняшний день», — сказал Шон Тан, соавтор исследования.
«В то же время мы также заложили новые фундаментальные знания, на основе которых научное сообщество может развивать и совершенствовать нашу универсальную технику для разработки еще более стабильных перовскитных солнечных элементов».