Ученые нашли способ повысить стабильность перовскитных солнечных элементов. Модифицированные фуллерены и подвижные электронные носители заряда позволили сохранить 95,5% эффективности солнечных элементов после 3265 часов работы. В более ранних исследованиях элементы сохраняли такой уровень эффективности только около 1500 часов. Полученные данные позволят широко использовать такие солнечные элементы в промышленности. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Впервые перовскиты обратили на себя внимание многих ученых в 2012 году. Солнечные батареи из этого материала, как и из кремния, могут преобразовывать солнечный свет в электроэнергию. Солнечные элементы из перовскита (PSC) сочетают в себе органические и неорганические материалы и состоят из нескольких слоев, среди которых выделяют слой, поглощающий свет, и слой, переносящий заряд. При этом эффективность перовскитов в ранних работах уже была сопоставима с КПД кремниевых аналогов, а их дешевизна и простота в производстве обещали в будущем высокомощные и доступные солнечные элементы. Однако при всех плюсах перовскитные элементы ограниченно используются в производстве. Мешает их невысокая стабильность: перовскитные элементы часто перестают работать меньше чем через год.
В новом исследовании китайские и швейцарские ученые разработали способ, который повышает стабильность и эффективность перовскитных солнечных элементов. Авторы добавили фосфатные группы к фуллерену — многограннику из атомов углерода. Так ученые получили его новое производное. Это вещество ученые вводили в слой PSC, переносящий заряд, что ускоряло перемещение электронов и подавляло миграцию ионов. Это сделало кристаллическую структуру перовскита более стабильной, что повысило устойчивость солнечных элементов к нагреву и влаге.
Кроме того, нестабильность перовскитных солнечных элементов объясняется быстрым разрушением материала, транспортирующего «дырки». Этот слой располагается между перовскитом и электродом. Он извлекает положительные заряды (дырки) из перовскита и переносит их на электрод. Исследователи p-легировали этот материал, то есть вносили в него подвижные электронные носители заряда. Легирование смягчало диффузию ионов лития, что повысило стабильность PSC. При этом такая обработка транспортирующего материала улучшила его проводимость.
В целом эффективность преобразования энергии составила 23,5% для небольших PSC и 21,4% для более крупных. При этом PSC сохранил 95,5% своей первоначальной эффективности после 3265 часов работы под воздействием искусственного солнечного света и температуре около 70 °С. Хотя более ранние PSC обладают эффективностью 25%, она сохраняется около 1500 часов. Таким образом, полученный вариант солнечных элементов значительно превосходит предыдущие модели PSC. Исследователи считают, что их метод легко развить для промышленного производства и потенциально он может быть использован для создания стабильных высокоэффективных модулей PSC.
Автор: Анна Дегтярь
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
