Среди новых материалов для солнечных элементов особенно перспективными считаются галогенидные перовскиты. За несколько лет эффективность таких перовскитных солнечных элементов повысилась с нескольких процентов до более чем 25%.
К сожалению, лучшие перовскитовые солнечные элементы содержат токсичный свинец, представляющий опасность для окружающей среды. Однако на удивление сложно заменить свинец менее токсичными элементами. Одна из лучших альтернатив – олово. Галогенидные перовскиты с оловом вместо свинца должны демонстрировать отличные оптические свойства, но на практике их эффективность посредственная и быстро снижается.
И это быстрое «старение» является их главным недостатком: катионы олова в структуре перовскита очень быстро реагируют с кислородом из окружающей среды, так что их эффективность падает.
Теперь международное сотрудничество под руководством Антонио Абате, HZB, и Чжао-Куи Ванга, Институт функциональных нано- и мягких материалов (FUNSOM), Университет Сучжоу, Китай, привело к прорыву, открывающему путь к созданию нетоксичных перовскитов. солнечные элементы, обеспечивающие стабильную работу в течение длительного периода. Они также используют олово вместо свинца, но создали двумерную структуру, вставив органические группы в материал, что приводит к так называемым 2D фазам Раддлесдена-Поппера. «Мы используем хлорид фенилэтиламмония (PEACl) в качестве добавки к слоям перовскита.
Затем мы проводим термообработку, пока молекулы PEACl мигрируют в слой перовскита. В результате получаются вертикально упорядоченные стопки двумерных кристаллов перовскита », – объясняет первый автор доктор Мэн Ли.
Ли – постдок в группе Абате и наладил тесное сотрудничество с китайскими партнерами. На Шанхайской установке синхротронного излучения (SSRF) они смогли точно проанализировать морфологию и кристаллические характеристики перовскитных пленок после различных обработок отжига.
Лучшие из этих бессвинцовых перовскитных солнечных элементов достигли эффективности 9.1% и высокие значения стабильности, как в дневное время, так и в темноте. Молекулы PEACl накапливаются между слоями кристаллического перовскита в результате термической обработки и образуют барьер, препятствующий окислению катионов олова. «Эта работа открывает путь к более эффективным и стабильным бессвинцовым перовскитным солнечным элементам», – убежден Абате.