Новая конструкция решает стабильность и эффективность солнечных элементов перовскита

Инвертированный перовский солнечный элемент с новой конструкцией контактов с селектографии отверстий.Кредит: EPFL Felix T. Eickemeyer-CC-By-SA 4.0

Исследователи из EPFL и северо-западного университета представили революционный дизайн для солнечных элементов Perovskite, создав один из самых стабильных PSC с эффективностью конверсии власти выше 25%, проложив путь для будущей коммерциализации.

Солнечные элементы Перовскита (PSC) стоят на переднем крае инноваций солнечной энергии и привлекли большое внимание к их эффективности власти и экономически эффективным производством.Но путь к коммерциализации PSCS по-прежнему имеет препятствие для преодоления: достижение как высокой эффективности, так и долгосрочной стабильности, особенно в сложных условиях окружающей среды.

Решение заключается во взаимодействии между слоями PSC, что оказалось как обоюдоострый меч.Слои могут повысить производительность ячеек, но также привести к тому, что они слишком быстро разлагаются для регулярного использования в повседневной жизни.

Теперь сотрудничество между лабораториями Майкла Гратцеля в EPFL и Эдвардом Сарджент в Северо-Западном университете сделало значительный скачок в проектировании PSC с рекордной стабильностью и эффективностью власти, превышающей 25%, обращаясь к двум самым насущным проблемам в секторе солнечной энергии.ПолемИсследование опубликовано в Nature Energy.

Исследователи сосредоточились на разработке перевернутых PSC, которые ранее показали перспективы с точки зрения оперативной стабильности.Они представили уникальный «конформный самооргарный монослой на текстурированных субстратах», который описывает специальный, единственный слой молекул, который спонтанно и равномерно покрывает нерегулярную поверхность текстурированного субстрата.

Новый дизайн решает проблему «молекулярной агломерации», которая возникает, когда молекулы объединяются вместе, вместо того, чтобы равномерно распространяться.Когда это происходит на текстурированных поверхностях солнечных элементов, это может серьезно повлиять на их производительность.

Чтобы решить эту проблему, исследователи ввели специальную молекулу, называемую 3-меркаптопропионовой кислотой (3-МПа) в самоорганизованный монослой солнечных батарейных батарей (SAM), образованный молекулярным слоем фосфоновых кислот, заменяемых карбазолом, который избирательно извлекает положительный зарядносители («отверстия»), которые производятся под освещением в фильмах Перовскита.

Однако эта роль скомпрометирована агрегацией молекул PAC.Добавление 3-MPA усиливает контакт между паровскитным материалом и текстурированным субстратом солнечного элемента для повышения производительности и стабильности, позволяя ему разобрать кластеры молекулярных карбазолов и обеспечение более равномерного распределения молекул в самообласти монослоя.С этим дополнением молекулы на поверхности солнечного элемента распространяются более равномерно, избегая этих проблемных комков и повышая общую стабильность и эффективность PSC.

Новая конструкция усилила поглощение света, минимизируя потери энергии на границе раздела между слоями, что приводит к эффективности, измеряемой в лаборатории, впечатляющих 25,3%.С точки зрения стабильности, перевернутые PSC показали замечательную устойчивость.Устройство сохраняло 95% своей пиковой производительности даже после того, как подвергалось строгим условиям 65 ° C и относительной влажности 50% в течение более 1000 часов.Этот уровень стабильности в сочетании с такой высокой эффективностью является беспрецедентным в сфере PSC.

Этот прорывной дизайн является значительным шагом вперед в размещении PSC на рынок;Решение проблем с их эффективностью и стабильностью, в сочетании с их более низкими производственными затратами по сравнению с современными солнечными элементами, может привести к широкому распространению.Новый метод также может выйти за рамки солнечных элементов, принося пользу другим оптоэлектронным устройствам, которые требуют эффективного управления светом, таких как светодиоды и фотосессии.

Больше информации: Юанханг Ян и др., Инвертированные перовскитные солнечные элементы с более чем 2000 ч рабочей стабильности при 85 ° C с использованием пассивации с фиксированным зарядом, энергии природы (2023).Doi: 10.1038/s41560-023-01377-7