Чудо-краплі рекордно поліпшили сонячні панелі та врятували від швидкої деградації

Вчені-фізики досягли значних успіхів у підвищенні ефективності та стабільності перовскітних сонячних елементів, винайшовши новий метод їхнього виробництва. Стаття про це дослідження з'явилася на сайті журналу Nature communications 26 січня.

Завдяки новому методу обробки сонячні елементи досягли рекордного максимального ККД перетворення енергії (PCE) 26,05%, з сертифікованими значеннями 25,44%. Ба більше, під час випробувань на вологе тепло пристрої зберегли 82% своєї первісної ефективності після 1000 годин у спеціальній камері та 75% після 840 годин випробувань на відкритому повітрі.

Автори виявили, що контрольований ріст двовимірного (2D) перовскіту поверх тривимірних (3D) перовскітних плівок знижує міжфазну рекомбінацію (зміщення електронів) і перешкоджає міграції іонів, тим самим покращуючи продуктивність і довговічність сонячних елементів. Однак випадкова поява 2D-структур може погіршити вилучення заряду і погіршити роботу фотоелектричного модуля.

Попри обіцянки 3D-перовскітів, їхня сприйнятливість до дефектів і змін в умовах експлуатації перешкоджає їхньому широкому комерційному застосуванню. Традиційно дефекти на кордонах зерен створюють шляхи для міграції іонів, що з часом призводить до погіршення продуктивності.

Щоб уникнути цього й отримати шари правильної форми, вчені вирішили розчиняти особливі речовини, ліганди мета-амідинопіридину, у спеціальних розчинниках, таких як ізопропанол. Потім розчин наносять методом центрифугування на попередньо осаджені тривимірні шари перовскіту, і за допомогою термічного відпалу надавали правильної структури.

Ключовим аспектом нового методу став етап прокапування розчинником, який дає змогу видалити 2D-ліганди, що не прореагували, і точно налаштувати орієнтацію розвинених шарів. Традиційно вони порушують енергетичний порядок і знижують ефективність.

Успішне формування двовимірних шарів вчені перевірили за допомогою таких методів, як ширококутне рентгенівське розсіювання ковзного падіння. Нові зразки показали помітні поліпшення порівняно з контрольними пристроями.

Подальші дослідження, безсумнівно, розширять ці методи і вивчать їхню потенційну масштабованість, оскільки дослідники також продемонстрували успішну інтеграцію з пристроями більшої площі. Цей крок не тільки показує перспективи ширшого застосування, а й служить для перевірки методології для масового виробництва.

Раніше писали про особливості та переваги перовскітних сонячних елементів. Ця технологія дає змогу вловлювати ширший спектр сонячного світла, а тому вважається майбутнім "зеленої" енергетики.