Стабильность перовскитных солнечных элементов: новый метод

Ультратонкие органические пленки, известные как самособирающиеся монос лои (SAM), избирательно пропускающие дырки, играют ключевую роль в современных оптоэлектронных устройствах, особенно в перовскитных и тандемных солнечных элементах на основе перовскита и кремния. Однако их низкая стабильность часто снижает эффективность работы таких устройств.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature, команда ученых из Китайской академии наук и Гонконгского городского университета разработала универсальную стратегию in-situ сшивки молекул SAM, которая эффективно решает проблемы эксплуатационной стабильности, связанные с деградацией скрытого интерфейса в высокоэффективных инвертированных перовскитных солнечных элементах.

Исследователи создали новую молекулу SAM с азидной функциональной группой, получившую название JJ24, с оптимизированной длиной углеродной цепи. Эта молекула способствует более равномерному распределению основной молекулы SAM, CbzNaph, на подложке из прозрачного проводящего оксида (TCO). Кроме того, она эффективно предотвращает образование дефектов и пустот в процессе самосборки.

Азидная группа в JJ24 может быть термически активирована для образования ковалентных сшивок in-situ с алкильными цепями молекул CbzNaph, формируя плотно собранный со-SAM слой. Такая структура улучшает преимущественную ориентацию CbzNaph и предотвращает обнажение поверхности подложки TCO, вызванное смещением молекул под действием света и тепловых нагрузок. Таким образом, подавляется деградация на скрытом интерфейсе перовскита, и значительно снижаются потери от безызлучательной рекомбинации на интерфейсе устройства.

Используя эту стратегию, исследователи создали инвертированные перовскитные солнечные элементы, которые продемонстрировали сертифицированную эффективность преобразования энергии (PCE) на уровне 26.9%. Устройства сохранили свою эффективность после 1000 часов непрерывной работы по стандартам ISOS-L-2 и более 98% первоначальной PCE после 700 термических циклов в диапазоне от –40°C до 85°C, показав высочайший уровень стабильности.

Данное исследование предлагает практический подход для повышения эксплуатационной стабильности высокоэффективных устройств на основе SAM на шероховатых подложках, что имеет важное значение для коммерциализации инвертированных перовскитных фотовольтаических элементов и перовскитных тандемных солнечных элементов следующего поколения.