Жидкометалеве темплювання підвищує ефективність друкованих перовскітних сонячних елементів
Підвищення ефективності сонячних елементів з рідкими краплями галію
Не так давно дослідницька команда з університету Юннан зробила значний крок уперед у галузі альтернативної енергетики, зокрема в розвитку друкованих мезоскопічних перовскітових сонячних елементів (p-MPSCs). Під керівництвом професора Ціньцзюй Лю команда використала рідкі краплі галію для контролю зростання кристалів, що дозволило збільшити ефективність та стабільність цих елементів.
p-MPSCs є привабливою альтернативою традиційним фотоелектричним системам. Їхній ключовий виклик полягає в ефективності перетворення потужності, яка довгий час була нижчою, ніж у планарних перовскітових елементів. Це обумовлено складностями зростання кристалів у мезопористій оксидній основі, що призводить до утворення малих зерен та збільшення рекомбінації зарядів.
Інноваційний підхід до контролю зростання кристалів
В якості вирішення цієї проблеми, команда інтегрувала рідкі краплі галію в шар TiO2. При взаємодії з повітрям галієві краплі утворюють ультратонку оболонку Ga2O3, яка виступає у ролі точного епітаксійного шаблону. Відповідно до теоретичних розрахунків, площина перовскіту MAPbI3 (110) з легкістю вирівнюється з поверхнею Ga2O3 (400), що забезпечує мінімальну несумісність решітки всього 0.32%. Це сприяє зростанню великих, орієнтованих кристалів, довжина яких перевищує 200 нанометрів.
Вражаючі результати дослідження
Завдяки цьому новаторському підходу, пристрій досяг рекордної ефективності перетворення потужності 20.2% на площі 0.10 см² з незначним гістерезисом. Більше того, елемент продемонстрував чудову стабільність, зберігаючи 97% своєї початкової ефективності після 3000 годин безперервної роботи в умовах високої вологості (85% RH) та підвищеної температури (55°C).
Це дослідження підкреслює потенціал використання рідкого металу для управління зростанням кристалів у обмежених системах і відкриває нові можливості для масштабованого виробництва високоефективних, стабільних перовскітових сонячних модулів. Підтримка проекту здійснювалася завдяки численним національним та провінційним програмам у Китаї.
