PolyU: неравные потери заряда между зёрнами старят перовскитные ячейки; T90 обработанных — более 2200 ч

Исследовательская группа Гонконгского политехнического университета (PolyU) обнаружила ранее не замеченную причину старения перовскитных солнечных ячеек при освещении, сообщает polyu.edu.hk. Работу выполнил проф. Ян Гуан (Yang Guang) с кафедры электротехники и электроники совместно с командой Чжэцзянского университета; статья опубликована в журнале Watt. polyu.edu.hkpolyu.edu.hkpolyu.edu.hkОткрыть источник ↗

Перовскитные ячейки эффективны, дёшевы и легки, однако их характеристики постепенно снижаются при длительном воздействии солнечного света. Эта фотодеградация остаётся серьёзным барьером для массового внедрения: панели должны много лет работать на открытом воздухе. polyu.edu.hkpolyu.edu.hkpolyu.edu.hkОткрыть источник ↗

Неравные потери заряда на границах зёрен

Слой, вырабатывающий электричество, состоит из мелких кристаллов — зёрен; поверхность каждого имеет определённую ориентацию, то есть кристаллическую грань (facet). В ячейках со смешанными гранями рядом лежат зёрна с разными гранями, а места их стыка называются границами зёрен. Электроны и дырки, возникающие под светом, могут захватываться дефектами на этих границах и аннигилировать, что расходует энергию и постепенно повреждает ячейку. polyu.edu.hkpolyu.edu.hkpolyu.edu.hkОткрыть источник ↗

Авторы установили: когда рядом находятся зёрна с гранями (100) и (111), потери заряда по две стороны границы неодинаковы. На стороне (111) больше дефектов, в основном вакансий — мест, где должны находиться ионы формамидиния (FA). Из-за этого на этой стороне аномально накапливаются дырки. polyu.edu.hkpolyu.edu.hkpolyu.edu.hkОткрыть источник ↗

Грань (111) от природы устойчивее к старению на свету. Тем не менее накопление дырок ускоряет деградацию зёрен (111) и делает их источником старения. По словам авторов, срок службы ячейки зависит не только от стабильности каждого зерна, но и от взаимодействия соседних зёрен. polyu.edu.hkpolyu.edu.hkpolyu.edu.hkОткрыть источник ↗

Ремонт границ

Для решения проблемы команда добавила бромид 3-фторфенилэтиламмония (m-F-PEABr). Его молекулы слишком объёмны, чтобы войти в зёрна, поэтому собираются на границах. Положительно заряженный конец молекулы занимает место недостающих ионов FA и заполняет вакансии на границах (111), а фторсодержащая часть удерживает молекулу на месте. После этого потери заряда с обеих сторон выравниваются. polyu.edu.hkpolyu.edu.hkpolyu.edu.hkОткрыть источник ↗

Обработанные ячейки достигли КПД преобразования 26,55%. Они сохранили более 90% начальной эффективности после более чем 2200 часов непрерывной работы при освещении, эквивалентном одному солнцу; этот показатель называют операционным сроком службы T90. polyu.edu.hkpolyu.edu.hkpolyu.edu.hkОткрыть источник ↗

Проф. Ян отметил, что прежние работы в основном были направлены на сокращение числа дефектов, а данное исследование впервые показывает: неравные потери заряда между соседними зёрнами — ключевая причина старения в ходе работы. Проф. Нам-Гю Пак (Nam-Gyu Park) из Университета Сонгюнкван (Корея) положительно оценил работу в обзорной заметке в том же журнале. polyu.edu.hkpolyu.edu.hkpolyu.edu.hkОткрыть источник ↗