Днями у журналі Science опублікували дослідження, згідно з яким науковці покращили перовськітні шари сонячних панелей і зробили їх ще ефективнішими. Дослідники з’ясували, що в процесі випаровування розчинника у перовськітних елементах утворюється порожнеча. Якщо додати до неї спеціальної речовини, фотоелементи працюватимуть ефективніше та стабільніше.

Перовськіт?

Це досить новий і сучасний матеріал, який використовують у розробці сонячних елементів. Він має непоганий ККД (понад 25%), що ставить його на один рівень з кремнієвими елементами. Утім, головний недолік перовськіту – нестабільність.

Перовськітні фотоелементи складаються з кількох шарів, і ключовим є найнижчий. Це прозорий електрод з оксиду індію, на який наносять транспортні шари, а потім напилюють зверху металевий електрод. Нестабільність проявляється у деградації матеріалу якраз поміж транспортними шарами, і науковці сушать мізки над тим, як ці «кордони» полагодити й стабілізувати. Утім, донині вивчали здебільшого верхню межу шару, а от нижня була майже невідома.

Від гори до низу: структурна еволюція перовськітних матеріалів. Джерело: ResearchGate

За це й узялися науковці з вищеназваного дослідження. Вони брали готовий фотоелемент, відокремлювали звідти нижні шари та вивчали їх методом електронної мікроскопії. Виявилося, що ця поверхня буквально рясніє порожнечами, які вже були в матеріалі на момент виготовлення.

Навколо цих пустот і починається деградація елементу, яка розповсюджується на усю поверхню. На це є кілька причин: (1) дірки не досягають транспортного шару, тож там накопичується позитивний заряд, який провокує дефекти; (2) порожнечі можуть ставати резервуарами для продуктів розпаду перовськіту – наприклад, йоду – що теж прискорює деградацію.

Як вдалося розв’язати проблему?

Автори вирішили отримати перовськітний шар без пустот, використавши для цього диметилсульфоксид. Це важкий розчинник з високою температурою кипіння, який «цементує» пустоти перовськітного шару.

Будова перовськітного елементу та нижнього шару, який окремо вивчали науковці. Джерело: Science

Завдяки цьому автори зібрали перовськітні сонячні елементи з ККД 23,6% та великі 50 м2 модулі з ККД 19,2%. З одного боку, результат не карколомний, але для перших зразків – цілком пристойний. Головне, що стабільність пристроїв зросла: 550 годин 100% ефективности й деградація до нуля за наступні 250.

Загалом, питання стабілізації перовськіту – ледь не ключове у спробах здешевити та покращити сонячну енергетику. Науковцям вдається покращити окремі елементи, але великі перовськітні модулі – все ще завдання на майбутні роки. Втім, щойно вони зайдуть на комерційний ринок, ціна на сонячну енергетику прогнозовано знизиться.

Читайте також

Коменти