Гібридні перовскітові сонячні батареї з високою ентропією досягають ККД 25,7%

Дослідники з Чжецзянського університету в Китаї розробили перевернутий перовскіт сонячна батарея на основі високоентропійного гібридного перовскітного матеріалу (HEHP). Повідомляється, що цей новий підхід підвищує стабільність пристрою та демонструє виняткову ефективність.

«Наша робота підкреслює потенціал високоентропійної гібридної перовскітної (HEHP) структури для підвищення ефективності та стабільності перовскітних сонячних елементів», — сказав Цзінджінг Сюе, автор дослідження. «Ця структура містить органічні компоненти з високим ступенем невпорядкованості, які забезпечують приріст ентропії та виявляють кращу термічну стабільність і структурну міцність порівняно з їхніми впорядкованими однокомпонентними аналогами. Хімічна насиченість органічних компонентів пропонує додаткові можливості для налаштування властивостей перовскітів і пов’язаних з ними матеріалів».

Покращена стабільність і ефективність

Дослідницька група продемонструвала, що новий матеріал має однофазну багатокомпонентну структуру перовскіту, що забезпечує більшу фазову стабільність при високих температурах, ніж звичайні перовскіти. Спектроскопія ядерного магнітного резонансу (ЯМР) підтвердила співіснування різних органічних катіонів у запропонованому матеріалі.

«Монокристал HEHP показав характерні піки всіх органічних катіонів, які добре збігалися з піками еквімолярної суміші всіх п’яти органічних катіонів», — пояснили вчені. «Цей монокристал найкраще можна описати як гібридну структуру, що складається з упорядкованих неорганічних структур і невпорядкованих органічних прошарків».

Покращена конструкція пристрою

Використовуючи HEHP, дослідники створили перовскітну плівку з чудовою стійкістю до води та вологи. Цю плівку потім використали для створення перовскітної сонячної батареї зі звичайною архітектурою, яка включала підкладку з оксиду індію і олова (ITO), шар транспорту електронів (ETL) з оксиду олова (SnO2), перовскітний поглинач, спіро-OMeTAD- на основі діркового транспортного шару та металевого срібла (Ag) контакту. Продуктивність цього пристрою порівнювали з еталонним пристроєм із подібним шаром перовскіту, але без HEHP.

Надзвичайні показники продуктивності

Протестований за стандартних умов освітлення, пристрій на основі HEHP досяг:

• ККД: 25,7%
• Напруга холостого ходу: 1,17 В
• Щільність струму короткого замикання: 25,8 мА/см²
• Коефіцієнт заповнення: 85,2%

Для порівняння, контрольний пристрій досяг:

• ККД: 23,2%
• Напруга холостого ходу: 1,13 В
• Щільність струму короткого замикання: 25,1 мА/см²
• Коефіцієнт заповнення: 81,7%

Елемент на основі HEHP зберіг понад 98% своєї початкової ефективності навіть через 1000 годин.

«Ми пояснюємо покращення напруги холостого ходу та коефіцієнта заповнення зменшенням безвипромінювальної рекомбінації та покращенням інтерфейсу після включення HEHP», — пояснили вчені. «Перевага HEHP над окремими компонентами у зменшенні електронних перешкод можна пояснити співіснуванням кількох типів катіонів A-сайту, які можуть синергетично взаємодіяти з різними дефектами».

Широка застосовність

Команда впевнена, що новий перовскітовий матеріал можна використовувати в різних композиціях перовскіту та стільникових архітектурах. «Це може служити універсальною та стійкою до дефектів стратегією для покращення продуктивності перовскітних сонячних елементів у різних сценаріях, що має вирішальне значення для підвищення продуктивності перовскітних пристроїв у майбутньому промисловому масовому виробництві», — підсумувала команда.

Подробиці цієї нової концепції клітини описані в дослідженні «Високоентропійні гібридні перовскіти з невпорядкованими органічними фрагментами для перовскітних сонячних елементів», опублікованому в Nature Photonics.