3D-мапування демонструє, як пасивація підвищує ефективність перовскітних сонячних елементів

Інноваційні перовськітні сонячні елементи: майбутнє без енергетичних дефектів

Найновішими підходами у світі альтернативної енергетики стають перовськітні сонячні елементи, які вражають своєю дешевизною та ефективністю у порівнянні з традиційними кремнієвими фотогальванічними елементами. Однак, на їх шляху до глобального визнання стоять численні виклики, зокрема дефекти в тонких плівках, які заважають оптимальному переносу заряду, тим самим знижуючи стабільність та ефективність. Що ж може допомогти виправити ситуацію? Пасивація – процес, за якого в плівку вводяться прості солі чи органічні молекули, що нейтралізують дефектні ділянки та покращують електричну провідність.

Дослідження Нінбо Інституту матеріалознавства та інженерії Китаю відкрило нові горизонти для уявлення, як саме працює пасивація в глибинах перовськітних плівок. Використовуючи метод тривимірної електричної візуалізації, дослідники показали, як пасивація впливає на електричні характеристики. Панорамна техніка дозволяє дослідникам буквально зазирнути у нутрощі плівки, вивчаючи перенесення заряду на глибокому рівні та пов’язуючи ці характеристики з ефективністю сонячних елементів.

Основний інструмент цього дослідження – томографічна провідмійна атомно-силова мікроскопія (TC-AFM), яка безпосередньо вимірює місцеву електричну провідність, поступово видаляючи ультратонкі шари плівки. Це дозволило створити тривимірну карту розподілу струму з нанометричним розрізненням. Перевірка різних стратегій пасивації показала, що найбільш результативною виявилася об’ємна пасивація, яка значно знижує області знизькою провідністю в самій плівці.

Цікаво, що поверхнева пасивація поліпшує саме верхній шар плівки, тоді як комбінація об’ємної та поверхневої пасивації створює найрівномірніші провідні мережі, обмежуючи локальні зони низької провідності на поверхні. Тобто, така комбінація дає найбільший ефект у поліпшенні структури перовськітної плівки.

Як стверджує професор СЯО Чуаньсяо, “ці мікроскопічні електричні характеристики тісно корелюють з продуктивністю сонячного елемента, встановлюючи прямий зв’язок між тривимірним перенесенням заряду в плівці та загальною ефективністю пристрою”. Це відкриття не тільки допомагає вдосконалити процеси пасивації, але й відкриває нові можливості на шляху до створення якісніших і стабільніших сонячних батарей з перовськіту.

Сучасна технологія перовськітних елементів наближається до того, щоб стати ще більш доступною альтернативою для зеленої енергетики у всьому світі. Вона не лише обіцяє зменшити вартість електроенергії, але й зменшує залежність від традиційних енергоресурсів, що поступово вичерпуються. Завдяки вдосконаленим процесам, відбудеться також прорив у проектуванні інших тонкоплів