Добавление нескольких нанометров тонкого слоя оксида алюминия защищает перовскитный солнечный элемент от влаги, что по-прежнему является основным камнем преткновения на пути коммерческого применения этого нового типа солнечного элемента. Удивительным бонусом является повышение урожайности на 3 процента. Таковы выводы исследователей Эйндховенского технологического университета (TU/e) и исследовательского института ECN, входящего в коллектив Soliance, опубликованные сегодня в журнале Energy and Environmental Science.
Солнечные элементы из перовскита в последние годы получили бурное развитие. Перовскит - это минерал, который имеет ту же кристаллическую структуру, что и оксид кальция-титана (CaTiO3). Всего за несколько лет доходность этого типа солнечных элементов выросла до 22%. Однако на данный момент недостатком является разрушительное воздействие влажности: водяной пар из атмосферы вступает в реакцию с кристаллами перовскита, что со временем приводит к значительному снижению выхода. Эта нестабильность является камнем преткновения на пути к успешной коммерциализации.
Защита от влаги
В только что опубликованных выводах исследователи покрыли чувствительный слой перовскита несколькими атомарными слоями оксида алюминия для защиты от деградации, вызванной влажностью. Эти слои содержатся внутри солнечного элемента, между слоями перовскита и электрическим контактом. Исследователи выбрали оксид алюминия (Al2O3), так как он может образовываться сразу на любой поверхности. «Хотя Al2O3 обладает электроизоляционными свойствами, его все же можно использовать в качестве буферного слоя между полупроводящим перовскитом и проводящими контактами, ограничивая толщину слоя до одного нанометра или меньше», - говорит первый автор Дибиашри Кошик (TU/e).).«Затем носители заряда могут электрически туннелировать через слой изолятора».
Сравнение слоя/без слоя
После изготовления и нанесения тонких слоев точного состава методом атомно-слоевого осаждения (ALD) исследователи сравнили стабильность этих элементов с идентичными элементами без этого слоя. Полные элементы не были дополнительно защищены от влаги при герметичной упаковке. Через два месяца после пребывания во влажной атмосфере ячейки, содержащие слой Al2O3, достигли 60-70% своего первоначального выхода, в то время как эталонные ячейки достигли только 12%.
Более высокая доходность
Кроме того, несушка повысила урожайность с 15% до 18%. «Это был дополнительный бонус для нас», - сказал руководитель исследования проф.д-р. Рууд Шропп (TU/e) говорит. «Мы этого не ожидали и не можем точно объяснить, почему это произошло. Но мы обязательно проведем расследование». По словам Шроппа, сложно сказать, повысят ли слои перовскитную клеточную пластинку.«Они построены совершенно иначе, чем простая, масштабируемая структура, которую мы выбрали. Но, скорее всего, стабильность в этих ячейках также повысится».
Широкий диапазон
Тот факт, что защитный слой оксида алюминия не нанесен снаружи, как это часто пытаются сделать другие исследователи, также позволяет наносить широкий спектр материалов на обе стороны солнечного элемента и обеспечивает максимальное проникновение света в слое перовскита и, таким образом, оптимальное использование электрического тока. Шропп: «Все это и более надежное использование клеток».