Общий подход к высокоэффективным перовскитным солнечным элементам

Перовскиты, класс материалов, о которых впервые было сообщено в начале 19 века, были «повторно открыты» в 2009 году как возможный кандидат для производства электроэнергии за счет их использования в солнечных элементах. С тех пор они штурмом взяли сообщество исследователей фотоэлектрических (ФЭ), достигая новых рекордов эффективности беспрецедентными темпами. Это улучшение было настолько быстрым, что к году, спустя чуть более десяти лет исследований, они уже достигают производительности, аналогичной обычным кремниевым устройствам. Что делает перовскиты особенно перспективными, так это способ их создания. Там, где устройства на основе кремния тяжелые и требуют высоких температур для изготовления, устройства из перовскита могут быть легкими и формироваться с минимальными затратами энергии. Именно эта комбинация – высокая и простота изготовления – взволновала исследовательское сообщество.


По мере того, как перовскитных фотоэлектрических элементов стремительно росла, остались позади некоторые из вспомогательных разработок, необходимых для создания коммерчески жизнеспособной технологии. Одной из проблем, которая продолжает мешать разработке перовскита, является воспроизводимость устройства. В то время как некоторые фотоэлектрические устройства могут быть изготовлены с желаемым уровнем производительности, другие, изготовленные точно таким же образом, часто имеют значительно более низкую эффективность, что озадачивает и разочаровывает исследовательское сообщество.

Недавно исследователи из группы Emerging Electronic Technologies Group профессора Яны Вайнзоф определили, что фундаментальные процессы, происходящие во время образования перовскитной пленки, сильно влияют на воспроизводимость фотоэлектрических устройств. При нанесении слоя перовскита из раствора на раствор перовскита капают антирастворитель, чтобы вызвать его кристаллизацию. «Мы обнаружили, что продолжительность, в течение которой перовскит подвергалась воздействию антирастворителя, оказала сильное влияние на конечные характеристики устройства, переменная, которая до сих пор оставалась незамеченной в полевых условиях». – говорит доктор Александр Тейлор, научный сотрудник группы Вайнзоф и первый автор исследования. «Это связано с тем фактом, что некоторые антирастворители могут, по крайней мере, частично растворять предшественники слоя перовскита, таким образом изменяя его окончательный состав. Кроме того, смешиваемость антирастворителей с растворителями раствора перовскита влияет на их эффективность в инициировании кристаллизации».

Эти результаты показывают, что по мере того, как исследователи производят свои фотоэлектрические устройства, различия в этой стадии антирастворителя могут вызвать наблюдаемую невоспроизводимость в производительности. Пойдя дальше, авторы протестировали широкий спектр потенциальных антирастворителей и показали, что, контролируя эти явления, они могут получить передовые характеристики почти от каждого протестированного кандидата. «Определив ключевые характеристики антирастворителя, которые влияют на качество активных слоев перовскита, мы также можем спрогнозировать оптимальную обработку новых антирастворителей, тем самым устраняя необходимость утомительной оптимизации методом проб и ошибок, столь распространенной в этой области». – добавляет доктор Фабиан Паулюс, руководитель группы «Транспорт в гибридных материалах» в cfaed и участник исследования.

«Еще одним важным аспектом нашего исследования является тот факт, что мы демонстрируем, как оптимальное применение антирастворителя может значительно расширить окно технологичности перовскитных фотоэлектрических устройств», – отмечает проф. Вайнзоф, руководивший работой. «Наши результаты предлагают сообществу исследователей перовскита ценные сведения, необходимые для превращения этой многообещающей технологии в коммерческий продукт».

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments