Стратегія добавки PCBM підвищує ефективність та довговічність інвертованих перовскітних сонячних елементів

Підвищення ефективності та стійкості перовскітових сонячних елементів завдяки інноваціям у транспортних шарах

Дослідники з Інститутів фізичної науки Хефея Китайської академії наук зробили прорив у області сонячної енергетики, розробивши оптимізований електронний транспортний шар для інвертованих перовскітових сонячних елементів. Цей новий підхід не тільки підвищує ефективність перетворення енергії, але й забезпечує значну стійкість пристроїв до зовнішніх впливів.

Підвищення ефективності до 27%

Перовскітові сонячні елементи вже досягли майже 27% ефективності, що робить їх одним із лідерів серед технологій наступного покоління у фотовольтаїці. Професор Пан Сю з Інституту твердотільної фізики керував дослідженнями, які мають на меті оптимізувати поведінку PCBM на межі перовскіта. Цей матеріал є ключовим для підвищення ефективності перетворення енергії.

PCBM, або -феніл-C61-бутировий кислотний метиловий ефір, широко використовується як матеріал для транспорту електронів у перовскітових структурах. Проте його здатність утворювати димери під впливом тепла та світла залишалася серйозною проблемою, що знижувала ефективність та прискорювала деградацію пристроїв.

Інноваційний підхід до укладки PCBM

Група під керівництвом Пан Сю розробила добавку – 2,3,5,6-тетрафлуоро-4-йодобензойну кислоту (FIBA) – для налаштування молекулярної структури на межі перовскіта. FIBA активно взаємодіє з молекулами PCBM, впорядковуючи їх упаковку. Це вирівнювання сприяє гомогенізації орієнтації молекул і зниженню ймовірності утворення димерів, що в свою чергу підвищує довговічність приладів.

За допомогою молекулярно-динамічного моделювання вчені змогли зрозуміти, як FIBA змінює структуру та поведінку PCBM на молекулярному рівні. Це дослідження стало основою для нового рівняння між мікроскопічними характеристиками та макроскопічною продуктивністю сонячних елементів.

Перевірені результати на практиці

Оптимізований транспортний шар PCBM вже продемонстрував свою ефективність у лабораторних умовах. Малі пристрої з площею 0.1 см² досягли ефективності перетворення енергії 26.6%, а більш великі модулі (площею 762 см²) показали ефективність 21.3%. Це свідчить про перспективність розробленої стратегії для масового виробництва.

Крім підвищеної енергоефективності, модифіковані сонячні елементи демонструють значне збільшення стійкості. Після 2000 годин безперервної експлуатації за умов підвищеної