Проблемы стабильностиОбычные кремниевые солнечные элементы достигли точки созревания, с КПД около 25%, а проблемы дорогостоящего производства, большого веса и жесткости остались в значительной степени нерешенными. Напротив, относительно новая фотоэлектрическая технология, основанная на перовскитных солнечных элементах, уже достигла КПД более 22%.
Учитывая огромную химическую универсальность и дешевизну обрабатываемости перовскитных материалов, PSC обещают возглавить будущее фотоэлектрических технологий, предлагая дешевые, легкие и высокоэффективные солнечные элементы. Но до сих пор только очень дорогие прототипы органических материалов для переноса дырок (HTM, избирательно переносящие положительные заряды в солнечном элементе) могли достичь эффективности преобразования энергии более 20%.
И в силу своих ингредиентов эти материалы для переноса дырок отрицательно влияют на долгосрочную стабильность работы PSC.Следовательно, исследование дешевых и стабильных переносчиков дырок, обеспечивающих столь же высокий КПД, пользуется большим спросом, чтобы обеспечить крупномасштабное развертывание перовскитных солнечных элементов. Среди различных неорганических HTM тиоцианат меди (CuSCN) выделяется как стабильный, эффективный и дешевый кандидат (0,5 долл. / Г по сравнению с 500 долл. / Г для обычно используемого спиро-OMeTAD).
Но предыдущие попытки использовать CuSCN в качестве переносчика дырок в перовскитных солнечных элементах дали лишь умеренно стабилизированную эффективность и низкую стабильность устройства из-за проблем, связанных с нанесением высококачественного слоя CuSCN поверх перовскитной пленки, а также химической нестабильности слой CuSCN при интеграции в перовскитовый солнечный элемент.Стабильное решениеТеперь исследователи из лаборатории Майкла Гратцеля в EPFL в рамках проекта под руководством постдоков Неха Арора и М. Ибрагим Дар представили две новые концепции, которые преодолевают основные недостатки перовскитных солнечных элементов на основе CuSCN.
Во-первых, они разработали простой метод на основе динамических решений для нанесения высококонформных слоев CuSCN толщиной 60 нм, который позволяет изготавливать перовскитные солнечные элементы со стабилизированной эффективностью преобразования энергии, превышающей 20%. Это сопоставимо с эффективностью самых эффективных современных перовскитных солнечных элементов на основе спиро-OMeTAD.
Во-вторых, ученые ввели тонкий разделительный слой восстановленного оксида графена между CuSCN и слоем золота. Это нововведение позволило перовскитным солнечным элементам достичь превосходной эксплуатационной стабильности, сохранив более 95% своей начальной эффективности при работе на максимальной мощности в течение 1000 часов при полном солнечном освещении при 60 ° C. Это превосходит даже стабильность органических перовскитных солнечных элементов на основе HTM, которые активно исследуются и в последнее время доминируют в этой области.Исследователи также обнаружили, что нестабильность перовскитных устройств возникает из-за разрушения контакта CuSCN / золото во время работы солнечного элемента.
«Это крупный прорыв в исследованиях перовскитных солнечных элементов и проложит путь к крупномасштабному коммерческому внедрению этой многообещающей новой фотоэлектрической технологии», — говорит Майкл Гратцель. «Это принесет пользу многочисленным ученым в этой области, которые интенсивно ищут материал, который мог бы заменить используемые в настоящее время чрезмерно дорогие транспортировщики органических дырок», — добавляет М. Ибрагим Дар.