Учёные Северо-Западного университета разработали инновационное защитное покрытие, которое значительно повышает долговечность перовскитных солнечных элементов, приближая их к практическому применению за пределами лабораторных условий. Перовскитные солнечные элементы, известные своей высокой эффективностью и низкой стоимостью по сравнению с традиционными кремниевыми аналогами, до сих пор страдали от недостаточной долгосрочной стабильности.
Новое покрытие, основанное на амидинии, в 10 раз более устойчиво к разложению, чем обычные покрытия на основе аммония. В ходе экспериментов солнечные элементы с амидиниевым покрытием продемонстрировали срок службы T 90 (время, необходимое для снижения эффективности на 90% от первоначального значения) в три раза больший, чем у элементов с аммониевым покрытием, при воздействии суровых условий.
И Ян, первый автор исследования, тестирует образец нового солнечного элемента команды в лаборатории Северо-Западного университета. Источник: Northwestern University
«В этой области уже давно работают над стабильностью перовскитных солнечных элементов. До сих пор большинство отчётов фокусировались на повышении стабильности самого перовскитного материала, игнорируя защитные слои. Улучшив защитный слой, мы смогли повысить общую производительность солнечных элементов», — сказал Бин Чен, научный сотрудник кафедры химии в Северо-Западном колледже искусств и наук Вайнберга и один из руководителей исследования.
«Эта работа направлена на преодоление одного из важнейших барьеров для широкого внедрения перовскитных солнечных элементов — стабильности в реальных условиях. Химически укрепив защитные слои, мы значительно повысили долговечность этих элементов, не ставя под угрозу их исключительную эффективность, что приближает к практичной и недорогой альтернативе фотоэлектрическим элементам на основе кремния», — добавил Меркури Канатзидис, профессор химии Чарльза Э. и Эммы Х. Моррисон в Вайнберге и один из руководителей исследования.
Перовскитные солнечные элементы обычно используют слой покрытия на основе аммония для повышения эффективности. Однако аммоний имеет тенденцию разрушаться под воздействием термического напряжения, что приводит к деградации перовскитных ячеек со временем. Исследователи добавили лиганды амидиния, стабильные молекулы, которые могут взаимодействовать с перовскитом, обеспечивая длительную пассивацию дефектов и защитные эффекты. Молекулы амидиния более устойчивы в суровых условиях благодаря своей структуре, позволяющей электронам равномерно распределяться.
Полученный солнечный элемент достиг впечатляющей эффективности 26,3%, что означает, что он успешно преобразовал 26,3% поглощенного солнечного света в электричество. Покрытый солнечный элемент также сохранил 90% своей первоначальной эффективности после 1100 часов испытаний в суровых условиях.
Это исследование стало последним примером улучшенной производительности перовскитного солнечного элемента от лаборатории Теда Сарджента. Ранее в этом году группа Сарджента внедрила жидкие кристаллы, чтобы минимизировать дефекты в перовскитных плёнках, что привело к повышению производительности устройства.
«Солнечные элементы на основе перовскита имеют потенциал для содействия декарбонизации электроснабжения, как только мы завершим их проектирование, достигнем объединения производительности и долговечности и масштабируем устройства. Основным препятствием для коммерциализации перовскитных солнечных элементов является их долгосрочная стабильность. Но благодаря своему многолетнему форсированию кремний всё ещё имеет преимущество в некоторых областях, включая стабильность. Мы работаем над тем, чтобы закрыть этот разрыв», — сказал Сарджент, который руководит Институтом устойчивого развития и энергетики Паулы М. Триененс.