Ученые создали солнечный элемент на основе перовскита олова и свинца с эффективностью 24,07 %
Аккумулятор Challenger T105
Китайско-шведская исследовательская группа повысила эффективность солнечных элементов на основе свинцово-оловянных перовскитов, изменив состав добавок и процессы последующей обработки. Устройство также продемонстрировало повышенную стабильность, сохранив 60 % своей первоначальной эффективности после 550 часов работы при температуре 85 °C в условиях максимальной мощности.
Схема солнечного элемента
Исследователи из Восточно-Китайского педагогического университета и шведского Университета Линчёпинга разработали альтернативный метод пассивации перовскитных солнечных элементов на основе олова и свинца (Sn-Pb), который повышает эффективность и стабильность за счёт отказа от использования фторида олова (SnF₂). Этот метод сочетает в себе последующую обработку фторидом свинца (PbF₂) и использование свинцового порошка в качестве прекурсора.
«Мы выявили и объяснили ранее неизвестный фактор, который приводит к фототермической нестабильности солнечных элементов на основе перовскита Sn-Pb», — рассказал Вэньсяо Чжан, соавтор исследования и один из его координаторов. Он пояснил, что в ходе исследования было установлено, что «паразитные реакции» SnF2 вызывают разложение перовскита и разрушение функциональных слоёв устройства.
«В то время как заметно более низкая стабильность перовскитов Sn-Pb по сравнению с их аналогами, содержащими только Pb, обычно объясняется исключительно окислением ионов олова (Sn²⁺), использование только антиоксидантов не привело к существенному повышению фототермической стойкости. В этой работе выявлена основная причина и предложена эффективная альтернатива», — сказал Чжан.
«Чтобы избежать негативного влияния SnF2 на стабильность и перенос дырок, мы заменяем добавку SnF2 свинцовыми порошками, которые, как сообщалось в нашей предыдущей работе, обладают антиоксидантными свойствами и регулируют кристаллизацию, что позволяет удалить Sn4+ из прекурсора в сочетании с последующей обработкой PbF2 для пассивации поверхностных дефектов», — продолжил он.
Площадь тестовых ячеек Sn-Pb составляла 0,09 см2. Базовый состав был следующим: подложка из оксида индия и олова (ITO), слой P3CT-Cs, перовскит, фторид свинца, электронно-транспортный слой (ETL) на основе бакминстерфуллерена (C60), батокупроина (BCP) и изолирующего фторида лития (LiF), а также контакты из меди (Cu).
Благодаря этой стратегии эффективность солнечного элемента на основе перовскита олова и свинца без SnF2 достигла 24,07 % по сравнению с 16,43 % у контрольного устройства. Что касается фототермической стабильности, то элементы без добавки SnF2 сохранили 60 % своей первоначальной эффективности после непрерывной работы при температуре 85 °C в условиях максимальной мощности (MPP) в течение 550 часов.
Отрицательный эффект ОЯТ2e был очевиден в ходе испытаний. Например, исследователи отметили, что как Cu, так и ITO электроды вступали в реакцию “даже при комнатной температуре или без замачивания на свету”, что указывает на "коррозионную способность мигрировавших ионов и продуктов реакции”.
По словам учёных, изготовление требует точности, но сам процесс несложный. «Для производства перовскитов, содержащих олово, требуется тщательно контролируемая атмосфера с крайне низким содержанием кислорода, а температура формирования плёнки и связанные с ней параметры обработки должны быть точно выверены при использовании SnI₂ высокой степени чистоты. Несмотря на это, изготовление устройств остаётся несложным», — сказал Чжан.
Ученые пришли к выводу, что эта работа поможет преодолеть проблемы со стабильностью однопереходных и полностью перовскитных тандемных солнечных элементов на основе олова и свинца. Их работа описана в статье «Эффективный и долговечный солнечный элемент на основе олова и свинца без фторида олова», опубликованной в nature communications.
«Мы работаем над одновременным повышением эффективности и стабильности тандемных солнечных элементов на основе перовскита и солнечных элементов на основе перовскита из олова и свинца», — сказал Чжан, имея в виду будущее направление работы команды.