Бездомінантний HTL забезпечує ефективність 25,9% у 2D/3D перовскітних сонячних елементах

Глобальна команда під керівництвом Массачусетського технологічного інституту (MIT) здійснила знаковий прорив у розробці 2D/3D перовскітних сонячних елементів, досягнувши як рекордної ефективності, так і довгострокової стабільності. Опубліковано в Наука, дослідження під назвою «Спонтанне формування міцних двовимірних перовскітних фаз» представляє новий шар діркового переносу (HTL) без домішок, який підвищує надійність структури n-i-p пристрою.

Міцний 2D-проміжний шар для стабільності перовскіту

Традиційно 2D-перовскіти служать бар'єрними шарами для захисту своїх 3D-аналогів, але їхня крихкість часто погіршує загальну довговічність комірки. Провідний автор Шон Тан пояснює, що команда використовувала метод зі змішаними розчинниками для розробки структурно міцного 2D-проміжного шару. Цей метод обробки розчином дозволив сформувати висококристалічні та чисті 2D-перовскіти, що є критично важливим для довгострокової роботи гібридних перовскітних структур.

Усунення тригерів деградації

Дослідники усунули поширені проблеми деградації, уникаючи нестабільних домішок у HTL. Замість традиційних добавок, таких як tBP та LiTFSI, вони використали нелегований спіро-OMeTAD. Цей HTL без домішок підвищує термічну стабільність, зберігаючи при цьому ефективність пристрою. Стек пристроїв включає:

• Оксид олова, легований фтором (FTO)

• SnO₂, нанесений методом хімічного осадження (CBD-SnO₂)

• 3D FAPbI₃ перовскіт, посилений MACl, MAPbBr₃ та надлишком PbI₂

• Чистий 2D перовскітний проміжний шар

• Спіро-МеОТАД

• Золотий (Au) верхній електрод

Цей сонячний елемент наступного покоління продемонстрував ефективність перетворення енергії (PCE) 25,9%, що відповідає показникам найефективніших інвертованих p-i-n конструкцій.

Довгострокове тестування підтверджує стабільність

Окрім початкової продуктивності, пристрої витримали 1074 години безперервного освітлення в умовах 1-сонця AM 1.5G з впливом ультрафіолету в азотному середовищі, зберігаючи 91% своєї початкової ефективності. Це критично важлива віха для стабільних перовскітних фотоелектричних систем, особливо для комерційних застосувань, що вимагають довговічності.

Реальні застосування на горизонті

Тан наголосив на ширших наслідках дослідження: «Комбінаторні можливості для 2D-композицій та сумішей розчинників майже безмежні. Цей метод може відкрити нові горизонти в ефективності та стабільності перовскітних сонячних елементів».

Глобальні спільні зусилля

Це дослідження відображає глобальну співпрацю між Массачусетським технологічним інститутом, Університетом Сунгкюнван (Південна Корея), Університетом Мармара (Туреччина), Національною лабораторією імені Лоуренса в Берклі та Національною лабораторією відновлюваної енергії (NREL) Міністерства енергетики США.