Тандемный солнечный элемент на основе перовскита с дипольной пассивацией достигает эффективности 30,1 %
Аккумулятор FIAMM 12FIT60
Исследователи из Китая разработали метод дипольной пассивации, который позволяет уменьшить количество дефектов и улучшить перенос заряда в солнечных элементах на основе узкозонного перовскита олова и свинца. Этот подход позволил создать тандемные солнечные элементы на основе перовскита с эффективностью около 30 % и повышенной стабильностью.
Группа исследователей под руководством Нанкинского университета в Китае разработала перовскитный солнечный элемент на основе стратегии дипольной пассивации, которая, как сообщается, снижает плотность дефектов на скрытом интерфейсе смешанных перовскитов олова и свинца с узкой запрещённой зоной (Sn-Pb), обеспечивая при этом точное выравнивание энергетических уровней на границе между слоем переноса дырок (HTL) и перовскитным поглотителем.
«Эта пассивация, вызванная дипольным взаимодействием, укрепляет омический контакт, способствует эффективному инжектору дырок в высокотемпературную сверхпроводимость и отталкивает электроны от границы раздела перовскита HTL/Pb–Sn, — рассказал ведущий автор исследования Жэньсин Лин — При таком подходе длина диффузии носителей заряда увеличивается до 8,3 мкм, что подтверждается терагерцовым зондированием».
Для снижения плотности дефектов на поверхности смешанного перовскита Pb-Sn учёные использовали, в частности, дипольную пассивирующую молекулу, известную как сульфаниловая кислота (SA), которая обычно применяется в качестве сшивающего агента и легирующей добавки в химическом синтезе. Кроме того, они использовали группу сульфоновой кислоты на границе между перовскитным абсорбером и слоем переноса дырок на основе PEDOT-PSS.
Утверждается, что эта стратегия позволяет эффективно инжектировать дырки в высокотемпературный сверхпроводник, отталкивая при этом электроны от границы раздела высокотемпературного сверхпроводника и перовскита Pb-Sn
, тем самым подавляя безызлучательную рекомбинацию и избегая потерь при переносе носителей. «Стратегия дипольной пассивации
позволяет найти компромисс между минимизацией рекомбинации носителей и улучшением их переноса», — пояснили они.
Схема солнечного элемента
Группа учёных изготовила ячейку с подложкой из стекла и оксида индия-олова (ITO), высокоомным транзистором PEDOT:PSS, дипольным пассивирующим слоем, перовскитным абсорбером, электронно-транспортным слоем (ETL) на основе бакминстерфуллерена (C60) и оксида олова(IV) (SnO2), нанесённым методом атомно-слоевого осаждения (ALD), и металлическим контактом из меди (Cu).
При стандартном освещении эффективность преобразования энергии в смешанной ячейке на основе перовскита Pb–Sn составила 24,9 %, напряжение холостого хода — 0,911 В, плотность тока короткого замыкания — 33,1 мА/см², а коэффициент заполнения — 82,6 %.
Исследователи интегрировали ячейку в два тандемных устройства на основе перовскита площадью 0,049 см² и 1,05 см² соответственно. Устройство большего размера достигло эффективности 29,4 %, а устройство меньшего размера — 30,1 %. Оба результата были сертифицированы Японской лабораторией электробезопасности и экологических технологий (JET).
«Эти результаты свидетельствуют о том, что дипольная пассивация подавляет безызлучательную рекомбинацию носителей заряда, сохраняя при этом хорошее качество электрического контакта», — пояснили они, отметив, что ячейка сохранила около 87 % своей первоначальной эффективности после 1025 часов работы. «После 216 часов термического воздействия мы заметили, что в устройствах с дипольной пассивацией деградация происходила медленнее, чем в контрольных устройствах».
В перспективе команда намерена усовершенствовать предложенную диполярную пассивацию с помощью новых стратегий стабилизации и более глубокого понимания механизмов деградации, которые могут повлиять на долгосрочную стабильность тандемных устройств.
Новая конструкция элемента была представлена в статье «Полностью перовскитные тандемные солнечные элементы с дипольной пассивацией», которая была недавно опубликована в nature.