Стабильность перовскитных солнечных элементов: прорыв

Прорыв в области перовскитных солнечных элементов: ученые значительно повысили их долговечность, используя инновационное покрытие. Эти элементы привлекательны благодаря низкой стоимости производства и высокой эффективности преобразования энергии на единицу площади. Однако их недостатком была быстрая потеря рабочих характеристик по сравнению с кремниевыми аналогами.

Международная команда под руководством профессора Антонио Абате разработала новое решение: нанесение специального покрытия на границу раздела между перовскитным слоем и верхним контактным слоем. Это привело не только к значительному увеличению стабильности, но и к повышению эффективности почти до 27%, что является рекордным показателем.

Ключевым элементом стало использование фторированного соединения. Оно образует практически мономолекулярный защитный слой, который химически изолирует перовскитный слой от контактного, минимизируя дефекты и потери энергии. Этот слой также способствует структурной стабильности, делая контактный слой более однородным и компактным.

"Эффект сродни тефлоновому покрытию", – поясняет профессор Абате. "Промежуточный слой выступает как химический барьер, предотвращая возникновение дефектов, но при этом сохраняет электрический контакт."

Экспериментальные исследования, проведенные под руководством первого автора статьи Гуйсян Ли, продемонстрировали выдающиеся результаты. После 1200 часов непрерывной работы при стандартном освещении эффективность элементов не снизилась. Это сопоставимо с годом эксплуатации в реальных условиях.

В сравнении, элементы без защитного слоя показали 20%-ное падение эффективности всего за 300 часов. Новое покрытие также обеспечивает превосходную термическую стабильность: элементы выдерживали 1800 часов при температуре 85 °C и 200 циклов температурных перепадов от –40 °C до +85 °C. Такая структура элементов, имеющих инвертированную (p-i-n) конфигурацию, особенно перспективна для создания тандемных солнечных элементов, например, в комбинации с кремниевыми.

Идея использования фторированных молекул для создания промежуточного слоя вынашивалась давно. Профессор Абате отмечает, что еще в 2014 году, когда эффективность перовскитных элементов составляла всего 15% и быстро деградировала, он задумывался о таком подходе. Нынешний результат – это огромный шаг вперед.

Разработанные технологии открывают путь к созданию нового поколения высокоэффективных и долговечных перовскитных оптоэлектронных устройств.