QAZAQ GREEN. Исследовательская группа из HKUST повысила эффективность перовскитовых солнечных элементов, обнаружив и устранив поверхностные вогнутости на кристаллических зернах пленок, что открывает путь к повышению коммерческой эффективности этой перспективной технологии, сообщает SciTechDaily.
Исследовательская группа из Инженерной школы Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) обнаружила поверхностные вогнутости на отдельных кристаллических зернах — фундаментальных строительных блоках тонких пленок перовскита. Они выявили значительное влияние этих вогнутостей на свойства и надежность пленки. Основываясь на этом фундаментальном научном открытии, команда разработала новый способ повышения эффективности и стабильности перовскитовых солнечных элементов путем химического устранения этих вогнутостей на поверхности зерен.
Перовскитовые солнечные элементы — это звездная технология солнечных батарей, которая продемонстрировала потенциал для замены существующих кремниевых солнечных элементов в широком спектре приложений, например, в электросетях, портативных источниках энергии и космической фотовольтаике. Они не только достигают более высокой эффективности преобразования энергии (PCE), чем коммерческие кремниевые элементы, но и предлагают преимущества в виде низкой стоимости материалов, устойчивого производства и высокой универсальности в прозрачности и цветах. Однако долговременная стабильность перовскитных устройств при воздействии света, влажности и термомеханических условий остается препятствием на пути коммерциализации этой перспективной солнечной технологии.
Результаты исследований и инновации
Для решения этой проблемы профессор Чжоу Юаньюань, доцент кафедры химической и биологической инженерии HKUST, и его исследовательская группа провели фундаментальные исследования с уникальной точки зрения на микроструктуру материалов. Они обнаружили распространение поверхностных вогнутостей на кристаллических зернах материала перовскита. Оказалось, что эти вогнутости нарушают структурную целостность на границе раздела перовскитовых пленок, выступая в качестве скрытого микроструктурного фактора, ограничивающего эффективность и стабильность перовскитовых ячеек.
Затем команда предприняла инновационный шаг для устранения вогнутостей на поверхности зерен, используя молекулу поверхностно-активного вещества, тридекафторгексан-1-сульфокислоты калия, для управления эволюцией деформации и диффузией ионов во время формирования перовскитных пленок. Соответственно, их конечные перовскитовые ячейки продемонстрировали очевидные улучшения в сохранении эффективности при стандартных испытаниях на термоциклирование, влажное тепло и отслеживание точки максимальной мощности.
«Структура и геометрия отдельных кристаллических зерен являются основой эффективности перовскитовых полупроводников и солнечных элементов. Раскрывая вогнутости поверхности зерен, понимая их влияние и используя химическую инженерию для изменения их геометрии, мы открываем новый способ создания перовскитовых солнечных элементов с эффективностью и стабильностью на пределе возможностей», — говорит профессор Чжоу, соответствующий автор данной работы.
«Когда мы использовали атомно-силовую микроскопию для изучения структурных особенностей перовскитовых пленок, нас очень заинтриговали поверхностные вогнутости зерен перовскита. Эти вогнутости обычно скрыты под дном пленки, и их можно легко не заметить», — добавил он.
Микроструктура имеет огромное значение для перовскитных солнечных элементов и других оптоэлектронных устройств и может быть более сложной, чем у обычных материалов, из-за гибридных органическо-неорганических характеристик перовскитных материалов». Под руководством профессора Чжоу нам удалось разработать различные новые подходы к определению характеристик и анализу данных, чтобы получить представление о микроструктуре перовскита», — говорит Чжан Ялан, аспирант исследовательской группы профессора Чжоу и соавтор данной работы.