Перовскитните слънчеви елементи достигнаха ефективност от 25%

За да се увеличи издръжливостта на перовскитните слънчеви елементи, се използват пасиватори – вещества, които създават защитен слой върху повърхността на материала. Но високите концентрации на повечето пасиватори водят до влошаване на характеристиките на клетките. В ново изследване учени от САЩ и Китай са обработили филм от перовскит с молекули терпиридин. Този пасиватор защитава материала при високи концентрации, без да влошава ефективността. С новия метод слънчевите клетки постигат рекордна ефективност от 25,24% и запазват почти 90% от първоначалната си ефективност дори след повече от 2664 часа излагане на светлина.

Един от начините за подобряване ефективността на слънчевите елементи на базата на перовскит е да се отстранят дефектите в тяхната структура. За тази цел учените използват специални вещества, наречени пасиватори. Тези вещества запълват дефектите, като подобряват ефективността на батерията. Съществува обаче проблем: защитният слой, създаден от пасиваторите, бързо се разрушава от светлината и топлината. Това се дължи на факта, че количеството пасиватор е избрано за новите, току-що произведени батерии и не отчита дефектите, които се появяват по време на експлоатация. А ако се добави твърде много пасиватор, производителността на клетките също намалява.

Учените са установили, че добавянето на голямо количество специално вещество (π-конюгиран пасиватор) увеличава трайността на перовскитните слънчеви клетки. Ефективността на това вещество не зависи от концентрацията му, т.е. дори при значително увеличаване на количеството на пасиватора ефективността на слънчевата клетка не намалява.

В качеството на пасиватор са разгледани три молекули на органични Люисови основи – пиридин, бипиридин и терпиридин. Оказа се, че терпиридинът има най-висока π-конюгация – специален вид връзка между атомите в молекулата, която осигурява по-голяма стабилност и способност за взаимодействие с другите вещества. Именно терпиридинът е най-малко зависим от концентрацията и показва най-ефективна пасивация.

Експериментите показаха, че обработките, базирани на π-конюгирани молекули терпиридин, могат трайно да неутрализират повърхностните дефекти. В същото време той не уврежда перовскита дори при високи концентрации и не намалява ефективността на базираните на него слънчеви клетки.

Излишните молекули на пасиватора са в състояние да взаимодействат с новите дефекти, които се появяват по време на експлоатацията на устройството.

След 2664 часа излагане на светлина е запазена 90% от първоначалната ефективност, а след 2976 часа загряване – 82%. Експерименталните устройства имат плътност на тока на късо съединение от 25,97 mA/cm², напрежение на празен ход от 1,19 V и коефициент на запълване от 81,65%. Клетките постигнаха ефективност на преобразуване на енергията от 25,24 %.

Авторите на изследването публикуват подробни инструкции, така че и други учени да могат да повторят експеримента, за да проверят дали той би работил за различни видове перовскитни материали.