Инновационная стратегия достигает 29.76% эффективности перовскитных солнечных элементов

Новая стратегия позволяет достичь эффективности 29.76% для полностью перовскитных тандемных солнечных элементов

Двухслойная конструкция составляет тандемные солнечные элементы (TSC), где каждый подэлемент поглощает различные длины волн солнечного света, что делает TSC более эффективными, чем одиночные солнечные элементы. Полностью перовскитные TSC обладают большим потенциалом для следующего поколения фотогальваники с теоретической эффективностью, превышающей 40%. Однако их практическая эффективность ограничена несоответствием кинетики кристаллизации между их широкозонными (WBG) и узкозонными (NBG) подэлементами, что приводит к фазовой сегрегации и накоплению дефектов.

Для решения этой проблемы исследовательская группа под руководством профессора Гэ Цзыи и профессора Лю Чаня из Нинбо Института технологии материалов и инженерии Китайской академии наук разработала инновационную стратегию коллоидной химии для повышения эффективности этих TSC, достигнув КПД преобразования энергии (PCE) 29.76%. Их исследование опубликовано в журнале Joule.

Исследователи разработали унифицированную систему модуляторов на основе карбоксилатов, используя две градуированные карбоксилатные анионы - тартрат (Ta-) и цитрат (Cit-) - для точной регуляции динамики нуклеации двух подэлементов.

В WBG подэлементе Ta- стабилизирует координацию Pb2+, подавляя фазовую сегрегацию и способствуя равномерному росту кристаллов. Между тем Cit- оптимизирует связь Sn-I в NBG коллоидах, пассивируя (выключая) дефекты Sn2+ и повышая транспорт заряда. Катионы холина дополнительно синергизируются с этими модуляторами, пассивируя недостаточно координированные металлические ионы на кристалл-коллоидных интерфейсах для формирования прочной стабилизирующей матрицы.

С использованием этой интегрированной стратегии оптимизированное тандемное устройство достигло впечатляющего КПД 29.76%, с сертифицированным значением 29.22%. Устройство также продемонстрировало высокую эксплуатационную стабильность, сохраняя более 90.2% своей начальной эффективности после 700 часов непрерывной работы в режиме отслеживания максимальной точки мощности.

Примечательно, что большая площадь тандемного элемента 1 см2 обеспечила высокий КПД 28.87%, что подчеркивает масштабируемость стратегии коллоидной химии.

Исследователи отмечают, что эта работа обеспечивает универсальный подход к гармонизации кристаллизации мультипереходных структур, открывая путь к коммерциализации высокоэффективных полностью перовскитных тандемных солнечных технологий.