NIMS разработал прочный перовскитовый солнечный элемент площадью 1 см 2 , способный генерировать электроэнергию в течение более 1000 часов непрерывной работы при эффективности фотоэлектрического преобразования (т.е. эффективности выработки электроэнергии) более 20% при воздействии солнечного света. Поскольку этот солнечный элемент можно изготовить на поверхности пластика при температуре около 100°C, этот метод можно использовать для разработки легких универсальных солнечных элементов.
Солнечные батареи были жизненно важным компонентом политики декарбонизации, что сделало их предметом интенсивных исследований по всему миру. Солнечные элементы на основе перовскита являются потенциально многообещающей технологией солнечных элементов следующего поколения, поскольку их можно производить проще и с меньшими затратами, чем обычные солнечные элементы. Однако у перовскитных солнечных элементов есть и недостатки: они склонны к деградации при взаимодействии с молекулами воды, и оказалось, что сделать их долговечными и высокоэффективными оказалось сложно.
Большинство перовскитных солнечных элементов имеют схожие механизмы выработки энергии. Когда слой перовскита поглощает солнечный свет, он генерирует электроны и дырки. Эти электроны и дырки затем мигрируют по отдельности в соседний слой переноса электронов и слой переноса дырок, соответственно, где они текут, создавая электрический ток. Чтобы одновременно повысить эффективность и долговечность перовскитных солнечных элементов, эти слои и границы между ними должны позволить электронам и дыркам проходить через них более свободно, делая границы непроницаемыми для молекул воды.
Эта исследовательская группа добавила производное гидразина, содержащее водоотталкивающие атомы фтора (5F-PHZ), к границе раздела между слоем переноса электронов и слоем перовскита (состоящим из кристаллической структуры FA 0,84 Cs 0,12 Rb 0,04 PbI 3 , что можно выразить просто по ABX 3 , где A = комбинация ионов формамидиния (FA + ), Cs + и Rb + , B = Pb2 + и X = I — ).
Этот интерфейс успешно предотвратил контакт молекул воды, проникших через слой переноса электронов, со слоем перовскита, тем самым повысив долговечность солнечного элемента. Использование этого интерфейса также уменьшило количество кристаллических дефектов, образующихся на поверхности слоя перовскита, что является причиной снижения эффективности выработки электроэнергии. Кроме того, команда добавила производное фосфоновой кислоты (MeO-2PACz) к границе раздела между транспортным слоем дырок и слоем перовскита, что свело к минимуму образование дефектов в транспортном слое дырок и тем самым повысило эффективность выработки энергии солнечным элементом.
Исследование опубликовано в Advanced Energy Materials. В будущих исследованиях команда планирует разработать еще более эффективные и долговечные солнечные элементы из перовскита , создав базу данных молекул, которые можно интегрировать в интерфейс, проводя исследования на основе данных и разрабатывая молекулы, которые можно использовать для улучшения межфазных свойств.
