Перовскит обрел свое место под солнцем

Перовскитные солнечные элементы привлекают большое внимание исследователей как перспективная альтернатива традиционным солнечным батареям на основе кремния — благодаря своей эффективности в преобразовании солнечного света в электричество.

Перовскитные солнечные элементы представляют собой гибрид органических и неорганических материалов и состоят из светоулавливающего слоя и слоя передачи заряда.

Однако коммерциализации и широкому использованию перовскитовых батарей мешают проблемы со стабильностью, и достижение устойчивости в работе стало настоящим вызывом для ученых. Теперь исследователи под руководством Майкла Гретцеля из EPFL и Ксионга Ли из Центра мезоскопических солнечных элементов Майкла Гретцеля в Ухане (Китай) разработали методику, которая решает проблемы стабильности и повышает эффективность перовскитных элементов.

В слой переноса заряда в перовскитный элемент в качестве модулятора межзеренных границ ученые ввели фрагмент фуллерена, функционализированный фосфоновой кислотой, который помогает укрепить кристаллическую структуру и повысить устойчивость перовскита к воздействию внешних факторов, таких как тепло и влага.

Команда также разработала окислительно-восстановительный радикальный полимер под названием поли (оксоаммониевая соль), который эффективно «p-допирует» материал для переноса дырок — важнейший компонент перовскитовых батарей. Полимер, действуя как p-допант, улучшает проводимость и стабильность материала для переноса дырок. Процесс p-допирования предполагает введение подвижных электронных носителей заряда в материал для улучшения его проводимости и стабильности, и в данном случае он смягчил диффузию ионов лития — основную проблему, которая способствует эксплуатационной нестабильности перовскитных элементов.

С помощью новой технологии ученые добились эффективности преобразования энергии в объеме 23,5% для небольших батарей и 21,4% для более крупных минимодулей. Эти показатели сопоставимы с традиционными солнечными батареями, при этом дополнительным преимуществом является повышенная стабильность. Солнечные элементы сохранили 95,5% своей первоначальной эффективности после более чем 3200 часов непрерывного воздействия имитированного солнечного света при температуре 75°C в течение всего периода, что является значительным улучшением по сравнению с предыдущими конструкциями перовскитных батарей.

Новый подход может произвести революцию в использовании батарей на основе перовскита, сделав их доступными для использования в более широких масштабах. Исследователи считают, что их метод можно легко масштабировать для промышленного производства и использовать для создания стабильных, высокоэффективных модулей перовскитных солнечных батарей.

19.01.2023