Нова технологія допомагає перовскитним сонячним елементам протистояти сонцю

Перовскитні матеріали швидко стають багатообіцяючими кандидатами для сонячних елементів, але одним з їх основних недоліків є те, що вони можуть розкладатися під прямими сонячними променями. Дослідники з університету UCLA виявили основну причину проблеми і знайшли просте рішення, яке можна застосувати в процесі виробництва.

Кремній довгий час домінував у світі сонячних елементів, і жоден інший матеріал не міг зрівнятися з його чудовим поєднанням ефективності, довговічності та вартості. Але один претендент швидко піднімається «по службовій драбині» - металогалогенідні перовскіти, які наближаються за ефективністю до кремнію, але дешевше, легше і гнучкіше.

Але є заковика. Перовскитні матеріали мають тенденцію руйнуватися під прямими сонячними променями, що з часом знижує їх ефективність.

Це, звичайно, проблема для пристроїв, призначених для роботи під прямими сонячними променями. Минулі дослідження намагалися вирішити цю проблему довговічності, додаючи громіздкі молекули, нові пігменти, вуглецеві нанонити, 2D-добавки або квантові точки.

У новому дослідженні вчені розкрили механізм того, як відбувається ця деградація перовскитних матеріалів. За іронією долі, це виявилося пов'язано з обробкою поверхні, призначеної для виправлення дефектів і підвищення ефективності.

Такий процес включає в себе покриття поверхні шаром органічних іонів, але вчені виявили, що це може створити свого роду пастку для електронів, які переносять енергію і які збираються на поверхні. Це, в свою чергу, дестабілізує розташування атомів перовскиту, викликаючи з часом його руйнування.

Тому дослідники вирішили проблему, об'єднавши позитивні і негативні іони при обробці поверхні. Це дозволило зберегти поверхню нейтральної і стабільної, не заважаючи запобіганню дефектів первісної обробки.

Щоб з'ясувати, наскільки добре працює новий метод, дослідники цілодобово тестували сонячні елементи при потужному освітленні, щоб імітувати умови прискореного старіння.

Сонячні елементи, оброблені за новою технологією, зберегли 87 відсотків своєї ефективності після більш ніж 2000 годин в цих умовах - набагато краще, ніж необроблені елементи, ефективність яких знизилася до 65 відсотків.

«Наші перовскитні сонячні елементи є одними з найстабільніших за ефективністю, про які повідомлялося на сьогоднішній день», - сказав Шон Тан, співавтор дослідження.

«Водночас ми також заклали нові фундаментальні знання, на основі яких наукова спільнота може розвивати і вдосконалювати нашу універсальну техніку для розробки ще більш стабільних перовскитних сонячних елементів».

Дослідження було опубліковано в журналі Nature.