Ученые из Университета Райса считают, что они преодолели серьезное препятствие, не позволяющее солнечным элементам на основе перовскита получить широкое распространение.
Благодаря стратегическому использованию элемента индия для замены части свинца в перовскитах ученый-материаловед Райс Джун Лу и его коллеги из Инженерной школы Брауна говорят, что они лучше способны спроектировать дефекты в цезиевом свинце. -йодидные солнечные элементы, которые влияют на ширину запрещенной зоны соединения, что является критическим свойством эффективности солнечных элементов.
Дополнительным преимуществом является то, что недавно разработанные в лаборатории элементы могут быть изготовлены на открытом воздухе и работать в течение нескольких месяцев, а не дней с эффективностью преобразования солнечной энергии чуть выше 12%.
Результаты команды Rice представлены в Advanced Materials.
Перовскиты представляют собой кристаллы с кубической решеткой, которые, как известно, являются эффективными собирателями света, но материалы имеют тенденцию подвергаться воздействию света, влажности и тепла.
Не перовскиты Райса, сказал Лу.
«С нашей точки зрения, это что-то новое, и я думаю, что это важный прорыв», - сказал он. «Это отличается от традиционных, популярных перовскитов, о которых люди говорят уже 10 лет - неорганических и органических гибридов, которые дают вам самую высокую зарегистрированную эффективность, около 25%. Но проблема с этим типом материала - его нестабильность.
«Инженеры разрабатывают защитные слои и другие элементы для защиты этих драгоценных и чувствительных материалов от окружающей среды», - сказал Лу.«Но с самими нестабильными материалами трудно что-то изменить. Вот почему мы решили сделать что-то другое».
Постдокторский исследователь Райс и ведущий автор Цзя Лян и его команда построили и испытали перовскитные солнечные элементы из неорганического цезия, свинца и йодида, те самые элементы, которые быстро выходят из строя из-за дефектов. Но добавив бром и индий, исследователи смогли устранить дефекты в материале, подняв эффективность выше 12% и напряжение до 1,20 вольта.
В качестве бонуса материал оказался исключительно стабильным. Ячейки были подготовлены в условиях окружающей среды, выдерживающих высокую влажность в Хьюстоне, и инкапсулированные ячейки оставались стабильными на воздухе в течение более двух месяцев, что намного лучше, чем несколько дней, в течение которых продержались обычные цезиево-свинцовые йодидные ячейки.
«Наивысшая эффективность этого материала может составлять около 20%, и если мы сможем ее достичь, это может стать коммерческим продуктом», - сказал Лян.«У него есть преимущества перед солнечными элементами на основе кремния, потому что синтез очень дешев, он основан на растворе и его легко масштабировать. По сути, вы просто наносите его на подложку, даете ему высохнуть, и у вас есть солнечный элемент».