Повышение стабильности солнечных элементов перовскита в условиях обратного смещения

Рисунок, показывающий, как модуль перовскита быстро разлагается при обратном смещении -9 В в течение 2 часов.Кредит: Nengxu Li et al.

Исследователи из Университета Северной Каролины в Чапел -Хилл недавно представили новую стратегию, которая могла бы улучшить стабильность солнечных элементов перовскита (PSC) в условиях обратного смещения.Эта стратегия, изложенная в статье, опубликованной в Nature Energy, может способствовать будущему развертыванию Perovskite Photovoltaics (PVS) в реальных условиях.

«Стабильность обратного смещения или индуцированная нестабильность солнечных элементов, вызванная солнечным элементом.«Заштрихованные клетки подвергаются большему обратному смещению, налагаемому остальным клеткам, которые не затенены. Для PSCs, индуцированная обратным смещением, сообщалось, что в прошлом гораздо более тяжелая».

Известно, что клетки перовскита имеют значительно более тонкий фотоактивный слой, чем другие существующие PV.В результате электрическое поле, вызванное условиями обратного смещения, может быть гораздо больше в этом типе ячейки.

«Пресловутная миграция ионов в перовскитах также делает их гораздо менее стабильными при обратной предвзятости», - сказал Хуанг.«В большинстве предыдущих исследований сообщалось, что PSC расщепляются или разлагаются через несколько секунд до нескольких минут при обратном смещении нескольких вольт. Если эта проблема не будет решена, будущим модулям перовскита понадобится много байпаса, чтобы защитить их, наталкиваяпо их изготовлению затрат “.

При рассмотрении предыдущей литературы Хуанг и его коллеги заметили, что некоторые PSC были значительно более стабильными в условиях обратного смещения.Это побудило их исследовать механизмы, лежащие в основе этой большей стабильности, в надежде разработать эффективный метод стабилизации клеток перовскита.

«Разложение при обратном смещении является сложной, поскольку оно варьировалось в зависимости от напряжения смещения, продолжительности, качества перовскита и укладки устройств», - пояснил Хуанг.«В этом исследовании мы выбрали структурированные PSC P-I-N, так как они показали хорошую операционную стабильность из наших предыдущих исследований. Мы использовали нашу оптимизированную композицию пероскита, чтобы минимизировать другие возможные пути деградации».

Хуанг и его коллеги применили различные значения обратного смещения к PSC, одновременно изменяя стеки устройств.Затем они тщательно изучили то, что произошло в устройствах, и пытались определить, были ли наблюдаемые ими явления, связанные с производительностью устройства.

«Делая это, мы смогли определить механизм деградации внутри устройств», - сказал Хуанг.«Мы тщательно различили поведение деградации с расщеплением и постепенным деградацией. Первый происходит при высоком обратном смещении в течение короткого периода, в то время как последний происходит при низком обратном смещении в более длительную продолжительность».

Эксперименты, проведенные Хуангом и его коллегами, дали интересные результаты.В частности, они представили ряд электрохимических реакций, которые были связаны с деградацией PSC в условиях обратного смещения.

Эти реакции влечет за собой генерацию йода, что привело к коррозии электрода Cu в ячейках.Этот процесс, в свою очередь, вызвал разрушение и деградацию солнечных элементов.

«Вдохновленные тем, что мы узнали, мы использовали укладку устройства литий -фторида/оксида олова/оксида индия, что также делает устройства стабильными под светом и теплом, чтобы ингибировать образование йода при обратном смещении коррозии электрода», - сказал Хуанг.«Таким образом, срок службы модифицированных PSC может длиться до 1000 часов под обратным смещением -1,6 В. Такое хорошее выступление действительно удивило меня, как и год назад я бы никогда не подумал, что они могут быть такими стабильными».

Результаты, собранные этой командой исследователей, могут вскоре сообщить о разработке более стабильных PVS на базе Перовскита, что может способствовать их будущей крупномасштабной коммерциализации.Теперь, когда их исследовательский проект завершен, Хуанг и его коллеги надеются провести дополнительные исследования, которые будут направлены на разграничение верхнего предела стабильности обратного смещения для PSC.

More information: Nengxu Li et al, Barrier reinforcement for enhanced perovskite solar cell stability under reverse bias, Nature Energy (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01579-7