Нові результати роботи з перовскітами

Вчені під керівництвом Університету науки і техніки короля Абдалли Саудівської Аравії (KAUST) досягли ефективності перетворення електроенергії 28,2% для тандемної сонячної батареї площею близько 1 см2 на основі перовскіту, укладеного поверх кремнієвого гетеропереходу. Чудова продуктивність була досягнута завдяки новій стратегії придушення сегрегації галогенідів та зменшення втрат при нерадіаційній рекомбінації, яка полягає у використанні карбазолу, азотовмісної гетероциклічної молекули, як добавки до попередника клітинного перовскіту.

«Елемент можна використовувати в сонячних панелях для великомасштабних застосувань, космічних застосувань, а також інших застосувань, які зараз має звичайний кремній», — каже дослідник Цзян Лю. «Технологія клітини може бути легко перенесена на комерційне виробництво, як показали Oxford PV та інші китайські виробники».

Дослідники стверджують, що молекула здатна пасивувати пастки глибокого заряду та пригнічувати фазову сегрегацію в широкозонних перовскітах, таких як той, що використовується для їх тандемної комірки із забороненою зоною 1,68 еВ.

«Ми виявили, що ця органічна азотовмісна гетероциклічна молекула взаємодіє з галогенідними аніонами через водневі зв’язки, іммобілізує галогенідні види та пасивує стани пасток», — сказали вони. «Конкретно, це відбувається на кордонах зерен, тому що молекули карбазолу з відносно великим молекулярним радіусом не можуть бути включені в решітку перовскіту».

Встановлено, що добавка запобігає міграції іонів у плівці перовскіту навіть у вологих умовах – одній з основних причин сегрегації галогенідів.

«Наші результати показують, що інтенсивність освітлення, атмосфера навколишнього середовища та пасивація пастки змінюють динаміку сегрегації галогенідів», — сказали вчені. «У разі суперпозиції кількох стресорів сегрегація галогенідів відбувається швидше, але додавання карбазолу мінімізує цю поведінку».

Одноперехідний перовскітний субелемент був побудований на підкладці зі скла та шару оксиду індію олова (ITO), шару для транспортування дірок (HTL) з добавкою карбазолу, шару перовскіту, фториду літію ( LiF ) , буферного шару батокупроїну (BCP) і металевого контакту зі срібла (Ag).

Сонячна батарея-чемпіон, розроблена саудівською групою, досягла ефективності 28,6% для пристрою з поверхнею 1 см2 і 27,1% для площі понад 3,8 см.

«Ми перевірили наші внутрішні вимірювання зі стабілізованою вихідною потужністю 28,2%, сертифікованою акредитованою лабораторією Japan Electrical Safety & Environment Technology Laboratories», — сказали вчені. «Наш тандемний пристрій відповідає найсучаснішим тандемним пристроям і являє собою сертифікований PCE для тандемних пристроїв з подвійною текстурою перовскіт/Si».

Наразі найпотужніший тандемний сонячний елемент перовскіт/кремній - це пристрій з ККД 29,8%, який нещодавно був розроблений вченими з Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) у Німеччині.

Дослідники KAUST також провели тест на стабільність клітини. Вони виявили, що вона може зберігати близько 93% своєї початкової продуктивності протягом 43 днів у спекотному та вологому зовнішньому середовищі. Команда опублікувала всі технічні деталі в нещодавньому звіті, опублікованому в Joule . У липні команда також продемонструвала тандемний елемент перовскіт-кремній, ефективність якого досягла 27%.