Учёные уменьшили дефекты перовскитных солнечных элементов
Учёные из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США нашли способ уменьшить число структурных дефектов в перовскитных кристаллах и повысить стабильность устройств на их основе. Солнечные элементы, изготовленные по новой методике, сохранили 85,8% первоначальной эффективности после 1400 часов непрерывной работы при температуре 85 °C. Результаты опубликованы в журнале Science.
Перовскиты — материалы с определённой кристаллической структурой, которые поглощают свет и переносят электрические заряды. Их рассматривают для солнечных элементов, экранов и датчиков камер, но при формировании тонких плёнок возникают дефекты решётки: они захватывают заряды, часть энергии теряется, а характеристики устройств со временем ухудшаются.
Для решения проблемы исследователи применили формирование кристаллов через эвтектическую смесь — состав, который при определённой температуре плавится легче своих отдельных компонентов. В качестве добавок использовали бромид цинка и хлорид метиламмония: при нагревании смесь ненадолго переходит в жидкое состояние, давая атомам упорядочиться, а затем добавки испаряются, и атомы цинка перемещаются к оставшимся дефектам и помогают их устранять.
Проверить механизм удалось с помощью интенсивного рентгеновского излучения в Advanced Photon Source и оборудования Центра наномасштабных материалов Аргоннской лаборатории. Это позволило одновременно изучать состав материала и его оптические свойства и наблюдать за перемещением атомов цинка при формировании кристаллов.
Солнечные элементы нового типа достигли сертифицированного КПД 25,9%, перовскитные мини-модули — 23,9%, а светодиоды показали внешнюю квантовую эффективность 26,1%. Авторы считают, что метод пригодится при изготовлении перовскитных устройств на больших площадях, где важна однородность слоёв, но готовность технологии к массовому производству эти результаты пока не доказывают.