Перовскитовые материалы являются лучшими кандидатами для производства фотоэлектрических элементов. Однако у них есть один существенный недостаток, дело в том, что они разрушаются под воздействием прямых солнечных лучей. Исследователи из Калифорнийского университета выяснили первопричину этой проблемы, и нашли простое решение, которое можно легко внедрить в производственный процесс.

Образец перовскитового солнечного элемента, обработанный новым покрытием с целью повышения его стабильности при воздействии солнечного света. Shaun Tan/UCLA

 

Долгое время кремний был основным элементом в производстве солнечных батарей, и ни один другой материал не мог сравниться с ним по эффективности, долговечности и стоимости. Однако в последнее время разработчики все чаше используют металлогалогенные перовскиты, которые приближаются по эффективности к кремнию, но при этом дешевле, легче и гибче.

Однако под воздействием прямого солнечного света перовскитные материалы склонны к деградации, и это со временем сильно снижает их эффективность. В новом исследовании ученые Калифорнийского университета UCLA раскрыли механизм, вызывающий разрушения материалов.

Как ни странно, это происходит из-за защитной обработки поверхностей, которая, наоборот должна устранять  дефекты и повышать эффективность элементов. Такая  обработка включает в себя нанесение слоя органических ионов, в результате чего поверхность получает слишком высокий отрицательный заряд. Это, в свою очередь, дестабилизирует расположение атомов перовскита, вызывая со временем его разрушение.

Опираясь на это открытие, исследователи нашли простой способ решения проблемы, долгосрочной деградации элемента, используя для обработки поверхности пары из положительно и отрицательно заряженных ионов. Новая технология позволила повысить электронейтральность и стабильность материала, не препятствуя устранению дефектов во время первоначальной обработки.

Чтобы выяснить, насколько хорошо работает новая технология, исследователи протестировали солнечные элементы под мощным круглосуточным освещением, имитируя условия искусственного старения. Солнечные элементы, обработанные по новой технологии, сохранили 87 процентов своей эффективности после 2 000 часов непрерывной работы, в то время как эффективность необработанных элементов упала до 65 процентов.

"Наши перовскитные солнечные элементы являются наиболее стабильными по своей эффективности из всех известных на сегодняшний день", - сказал Шон Тан, один из первых авторов исследования. "В то же время мы заложили новые фундаментальные знания, на основе которых сообщество сможет развить и усовершенствовать данную технологию для создания еще более стабильных перовскитовых солнечных элементов".

Исследование было опубликовано в журнале Nature.

Источники: UCLA
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04604-5
https://samueli.ucla.edu/ucla-materials-scientists-lead-global-team-in-finding-solutions-to-biggest-hurdle-for-solar-cell-technology/