Саморегульоване молекулярне закріплення забезпечує стабільні та високоефективні перовскітні сонячні батареї

Саморегульоване молекулярне закріплення підвищує стабільність та ефективність перовскітних сонячних елементів

Перовскітні сонячні елементи (PSCs) стають все ближче до комерційного впровадження, і тому дослідники активно працюють над вирішенням проблем прихованих втрат ефективності на межі електронного транспорту. Група вчених під керівництвом Prof. Guozhen Liu, Prof. Zhihua Zhang і Prof. Xu Pan розробила інноваційну стратегію на основі однієї молекули під назвою саморегульоване білатеральне закріплення. Ця стратегія підвищує як ефективність, так і довговічність обох типів приладів — жорстких та гнучких.

Проблеми з межовим шаром виникають через вакантність кисню, невідповідність енергетичних рівнів, механічний стрес та нестабільність, викликану розчинниками. Це все заважає досягненню тривалої продуктивності. Але на допомогу приходить щавлева кислота (SA), яка виступає у ролі молекулярного мосту. Її подвійні карбоксильні групи з’єднують SnO₂ і перовскіт Pb²⁺, формуючи міцний та стійкий до розчинників зв’язок.

Цей зв’язок не лише загоює дефекти, а й покращує мобільність носіїв заряду, знижуючи залишковий стрес, що переходить у корисне стиснення під час термічної обробки. Цим досягається більш ефективний транспорт зарядів та висока стійкість до тріщин у решітці.

Рекордні досягнення в ефективності

Результати вражають: жорсткі PSCs досягли рекордного коефіцієнта перетворення потужності (PCE) у 25,50%, тоді як гнучкі версії досягли 24,92% з мінімальною гістерезисом. Великі пристрої площею 1 см² продемонстрували 24,01%, що підтверджує можливість масштабування. Тести на стабільність показали, що безкапсульні елементи зберігають понад 90% пікової ефективності після 3840 годин перебування у вологому повітрі, а гнучкі пристрої витримали 10,000 циклів згинання з втратою менше ніж 10%.

Індустріальна готовність

Універсальна сумісність методу зі спін-, лезовим або слот-ди-нанесенням на різних підкладках – включаючи скло, PEN та нержавіючу сталь – робить цей винахід готовим до промислового розгортання. Дослідники вже працюють над перенесенням SA-прошарку в рулонну технологію та виготовленням мінімодулів 30 x 30 см², запланувавши сертифікаційні заходи протягом двох років.

Ця робота підкреслює щавлеву кислоту як практичний однокомпонентний модифікатор, що одразу вирішує кілька вузьких місць в ефективності, становлячи значний прор