PolyU: старение перовскитных элементов связали с границами зёрен, КПД лабораторных ячеек 26,55%
В Гонконгском политехническом университете показали: неравные потери заряда между соседними зёрнами ускоряют старение на свету, а добавка замедлила его в малых лабораторных ячейках.
Исследователи Гонконгского политехнического университета (PolyU) вместе с командой Чжэцзянского университета обнаружили ранее не замеченную причину старения перовскитных солнечных элементов на свету, сообщает polyu.edu.hk. Работа под руководством проф. Ян Гуана опубликована в журнале Watt. Лучшая обработанная лабораторная ячейка достигла КПД преобразования 26,55% polyu.edu.hk
polyu.edu.hkpolyu.edu.hkОткрыть источник ↗.
Почему важны соседние зёрна
Активный слой состоит из множества мелких кристаллов-зёрен, поверхность каждого имеет определённую ориентацию, называемую кристаллической гранью. В элементах со смешанными гранями рядом лежат зёрна с разными гранями. Команда установила, что там, где соседствуют зёрна (100) и (111), потери заряда по две стороны границы неравны. По пересказу издания scinexx, скорости рекомбинации у такой границы составляли около 300 и 800 см/с.
На стороне (111) больше дефектов, в основном вакансий на месте ионов формамидиния (FA), и там аномально накапливаются дырки. Сама по себе грань (111) устойчивее к старению на свету, но в смешанной структуре эти зёрна деградируют быстрее. Авторы заключают, что срок службы элемента зависит не только от устойчивости каждого зерна, но и от взаимодействия соседних зёрен.
Добавка на границах и результаты испытаний
Чтобы выровнять потери, команда добавила бромид 3-фторфенилэтиламмония (m-F-PEABr). Его молекулы слишком объёмны, чтобы проникнуть в зёрна, и собираются на границах. Там положительно заряженный конец молекулы занимает место недостающих ионов FA, а фторсодержащая часть удерживает молекулу на месте polyu.edu.hk
polyu.edu.hkpolyu.edu.hkОткрыть источник ↗. После обработки скорости рекомбинации по обе стороны границы стали почти равными.
Обработанные элементы достигли КПД 26,55% против 25,19% у контрольного. При освещении, эквивалентном одному солнцу, они сохранили более 90% начальной эффективности после более чем 2200 часов (рабочий ресурс T90). Необработанные элементы дошли до этого уровня примерно за 800 часов. При 85 °C соответствующее время выросло с 270 до 1250 часов.
Испытания проводили на малых неинкапсулированных элементах с активной площадью около 0,06 см² в атмосфере азота. Работа более крупных модулей, а также при влажности и меняющейся погоде в этих испытаниях не проверялась. Проф. Ян заявил, что выравнивание потерь заряда между зёрнами позволяет повысить и эффективность, и стабильность. Проф. Нам-Гю Пак из Университета Сонгюнгван высоко оценил работу в обзорной заметке в Watt.
