Исследователи выявили основной источник деградации широкополосных солнечных перовскитов
Бельгийские учёные исследовали, как перовскитные поглотители, используемые в солнечных батареях, разрушаются при трёх различных типах испытаний на прочность, и обнаружили, что граница между перовскитным слоем и слоем переноса электронов обладает слабой термомеханической стабильностью, что создаёт условия для снижения эффективности.
Исследователи из imec, Университета Хасселта и Гентского университета в Бельгии изучили влияние света и тепла на деградацию перовскитных солнечных элементов с широкой запрещённой зоной и обнаружили, что основным источником снижения эффективности являются слои переноса заряда в устройствах.
Их анализ был сосредоточен на перовскитных материалах с шириной запрещённой зоны 1,68 эВ и сравнении их характеристик с перовскитами с шириной запрещённой зоны 1,61 эВ.
«Перовскиты с широкой запрещённой зоной обычно нестабильны при воздействии света и повышенных температур, — объяснили они. — Это связано с механизмом фазовой сегрегации, при котором бромид и йодид, входящие в состав кристалла перовскита, разделяются на отдельные фазы, что снижает стабильность слоя».
Для оценки учёные использовали три стандартизированных ускоренных стресс-теста, разработанных в рамках протоколов Международного саммита по стабильности органических фотоэлектрических систем (ISOS), которые известны как ISOS-L1 (длительное воздействие света), ISOS-D2 (термический стресс в темноте) и ISOS-L2 (термический стресс при воздействии света).
Они также использовали набор инструментов для определения электрических характеристик, включающий анализ зависимости силы тока от напряжения (IV), фотолюминесценции (ФЛ) и ёмкости-частоты (C-f). Солнечные элементы подвергались воздействию солнечного света интенсивностью 1 и повышенной температуры 60 °C.
Тесты показали, что основным источником деградации во всех проанализированных перовскитных солнечных элементах является граница раздела между перовскитным абсорбером и материалом для переноса электронов (ETL) из-за «слабой» термомеханической стабильности. В частности, исследователи обнаружили, что диэлектрическая проницаемость перовскита снижается из-за деградации, вызванной совместным воздействием тепла и света.
«В результате этого анализа выяснилось, что в разных условиях нагрузки наблюдаются разные режимы деградации, что подчёркивает тот факт, что „стабильность перовскита“ не может быть абсолютным понятием, — подчеркнули исследователи. — Это важное открытие подчёркивает роль тепла в процессе фазовой сегрегации и деградации перовскитов с широкой запрещённой зоной в условиях эксплуатации, что упускалось из виду во многих предыдущих исследованиях».
Их выводы можно найти в исследовании «Глубокое изучение деградации масштабируемых перовскитных элементов с широкой запрещённой зоной», опубликованном в Materials Futures. В перспективе команда планирует изучить деградацию на наноуровне в различных условиях и провести больше испытаний в более широком диапазоне условий, «что потенциально может привести к открытию новых способов деградации».