Учёные повысили стабильность перовскитных солнечных элементов: они сохранили 85,8% эффективности после 1400 часов работы
iXBT.com ·
Учёные из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США разработали способ формирования перовскитных кристаллов, который помогает уменьшить количество структурных дефектов и повысить стабильность устройств. Солнечные элементы, изготовленные с использованием нового метода, сохранили 85,8% первоначальной эффективности после 1400 часов непрерывной работы при температуре 85 °C. Результаты опубликованы в журнале Science.
Перовскиты — материалы с определённой кристаллической структурой, способные поглощать свет и переносить электрические заряды. Их рассматривают для использования в солнечных элементах, экранах и датчиках камер. Однако при формировании тонких перовскитных плёнок возникают дефекты кристаллической решётки. Они захватывают электрические заряды, из-за чего часть энергии теряется, а характеристики устройств со временем ухудшаются.
Для решения проблемы учёные применили метод формирования кристаллов через эвтектическую смесь — состав, который при определённой температуре плавится легче, чем его отдельные компоненты. В качестве добавок использовали бромид цинка и хлорид метиламмония. При нагревании смесь ненадолго переходит в жидкое состояние, позволяя атомам упорядочиваться перед формированием кристаллической структуры. По мере продолжения нагрева добавки испаряются, а атомы цинка, согласно описанию работы, перемещаются к оставшимся дефектам и помогают их устранять.
Чтобы проверить механизм, исследователи использовали интенсивное рентгеновское излучение в Advanced Photon Source и оборудование Центра наномасштабных материалов (Center for Nanoscale Materials) в Аргоннской национальной лаборатории. Это позволило одновременно изучать состав материала и его оптические свойства, а также наблюдать за перемещением атомов цинка в процессе формирования кристаллов.
Солнечные элементы, изготовленные с применением нового метода, достигли сертифицированного КПД преобразования энергии 25,9%. Для перовскитных мини-модулей показатель составил 23,9%. Отдельно учёные продемонстрировали светодиоды с внешней квантовой эффективностью 26,1% — этот параметр показывает, какая доля введённых в устройство носителей заряда приводит к испусканию фотонов наружу.
Авторы считают, что метод может помочь при изготовлении перовскитных устройств на больших площадях, где важно сохранять однородность кристаллических слоёв. При этом приведённые результаты сами по себе ещё не доказывают готовность технологии к массовому производству: дальнейшая работа должна показать, насколько стабильно удаётся воспроизводить характеристики при промышленном масштабировании.