Перовскитные солнечные элементы (ПВСК) являются перспективной альтернативой традиционным солнечным элементам на основе кремния благодаря высокой эффективности преобразования энергии и низкой стоимости. Однако одной из основных проблем в их разработке было достижение долгосрочной стабильности.
Недавно исследовательская группа из Городского университета Гонконга (CityU) совершила прорыв, разработав инновационную многофункциональную и энергонезависимую добавку, которая может повысить эффективность и стабильность перовскитных солнечных элементов за счет модуляции роста перовскитной пленки. Эта простая и эффективная стратегия имеет большой потенциал для содействия коммерциализации PVSC.
«Этот тип многофункциональной добавки может быть использован для получения различных составов перовскита для изготовления высокоэффективных и стабильных перовскитовых солнечных элементов. Высококачественные перовскитные пленки позволят увеличить масштабы солнечных батарей большой площади», — пояснил профессор Алекс Джен Кван-ю, профессор кафедры материаловедения Ли Шау Ки и директор Гонконгского института чистой энергии при CityU, возглавлявший исследование.
ПВСК привлекли к себе значительное внимание благодаря впечатляющей эффективности преобразования солнечной энергии (PCE). Поскольку перовскиты могут быть осаждены из растворов на поверхности изготовления, PVSC имеют потенциал для применения в фотовольтаике, интегрированной в здания (BIPV), носимых устройствах и солнечных фермах.
Однако на эффективность и стабильность все еще влияют серьезные потери энергии, связанные с дефектами на границах раздела и зерен перовскитов. Поэтому внутреннее качество перовскитной пленки играет важную роль в определении достижимой эффективности и стабильности PVSC.
Хотя многие предыдущие исследования были направлены на улучшение морфологии и качества пленки с помощью летучих добавок, эти добавки имеют тенденцию улетучиваться из пленки после отжига, создавая пустоты на границе раздела перовскит-подложка.
Для решения этих проблем исследователи из CityU разработали простую, но эффективную стратегию модуляции роста перовскитной пленки для улучшения ее качества. Они обнаружили, что при добавлении многофункциональной молекулы (гидрохлорида 4-гуанидинобензойной кислоты (GBAC)) к прекурсору перовскита образуется промежуточная фаза, связанная водородной связью, которая модулирует кристаллизацию для получения высококачественных пленок перовскита с крупными кристаллическими зернами перовскита и последовательным ростом зерен от дна к поверхности пленки.
Эта молекула также может служить эффективным линкером для пассивации дефектов (метод снижения плотности дефектов в перовскитовой пленке) в отожженной перовскитовой пленке благодаря своей нелетучести, что приводит к значительному снижению потерь на нерадиационную рекомбинацию и улучшению качества пленки.
Их эксперименты показали, что плотность дефектов в перовскитовых пленках может быть значительно снижена после введения GBAC. Эффективность преобразования энергии инвертированных (p-i-n) перовскитных солнечных элементов на основе модифицированных перовскитов была увеличена до 24,8% (24,5%, сертифицированных Японской лабораторией электробезопасности и экологических технологий), что является одним из самых высоких значений, о которых сообщалось в литературе.
Кроме того, общая потеря энергии устройства была снижена до 0,36 эВ, что представляет собой одну из самых низких потерь энергии среди устройств PVSC с высокой эффективностью преобразования энергии.
