В глобальной области чистой энергии фотоэлектрическая энергия (PV) является перспективным и широко используемым решением как технологическая система преобразования солнечного света в электрическую энергию. В настоящее время солнечные элементы на основе кремния обладают превосходными характеристиками, но инженеры-энергетики не останавливаются и все еще активно ищут более долговечные, эффективные и экономичные фотоэлектрические технологии.

Перовскитные солнечные элементы (PSC) появились в качестве новой силы. Он изготовлен на основе перовскитного материала с характерным расположением атомов, имеет низкую стоимость и может поддерживать хорошую эффективность, а также обладает высокой эффективностью преобразования энергии. Синтез его материала также проще, чем кремниевые пластины, и имеет огромный потенциал. Однако процесс крупномасштабного развертывания и коммерциализации перовскитных солнечных элементов не был гладким, и наиболее заметным ограничением заключается в том, что повышение эффективности элементов негативно сказывается на их долгосрочной стабильности, и их трудно сбалансировать.

Недавно исследователи Наньянского технологического университета принесли прорыв. Предложенная ими новая стратегия направлена на преодоление противоречия между эффективностью и стабильностью перовскитных солнечных элементов, результаты соответствующих исследований опубликованы в журнале Nature Energy. Эта стратегия направлена на улучшение роста химически инертных низкоразмерных (CI LD) галометаллатных границ раздела. Этот интерфейс представляет собой пограничный слой внутри солнечного элемента, изготовленный из галогеновых соединений металлов, способный защитить перовскитный слой от разложения и повысить его долгосрочную стабильность.

Рао Хайся, Е Сеньюнь и их коллеги отмечают в статье: « Сочетание низкореактивных объемных катионов на границе раздела галогенированных металлатов CI LD может решить проблему компромисса между эффективностью и стабильностью в перовскитных солнечных элементах (PSC). Однако его образование сталкивается с препятствиями, во-первых, низкой реактивностью объемных катионов и ограниченной растворимостью его прекурсоров в ортогональных растворителях, совместимых с нижним перовскитом. С этой целью исследовательская группа внедрила стратегию селективного роста шаблона, используя традиционный метастабильный интерфейс LD в качестве шаблона для управления более стабильным ростом интерфейса CI LD посредством процесса органического катионного обмена.

Интерфейс галометаллата CI LD служит интерфейсным слоем между перовскитными материалами внутри солнечных элементов, обладает химической инертностью, устойчивым к нежелательным химическим реакциям и предотвращает деградацию перовскитных материалов. Исследователи разработали новый двухступенчатый метод роста, который позволяет создать метастабильную низкоразмерную границу раздела, которая легко образуется, но не имеет хорошей стабильности, а затем заменить исходные катионы более объемными и стабильными катионами с помощью процесса органического катионного обмена.

Исследователи использовали эту стратегию для выращивания интерфейса галогенированных металлатов CI LD в реальных PSC и провели серию тестов для оценки производительности батареи. Результаты показывают, что эффективность преобразования энергии этих батарей является удовлетворительной, и производительность остается хорошей после более чем месяца работы. В частности, прототип PSC достиг эффективности 25,1% на эффективной площади 1,235 см², что является одним из самых высоких показателей эффективности, зарегистрированных для PSC площадью 1 см². После 1000 часов эксплуатации при 85°С и 1100 часов термического старения PSC сохраняет более 93% и 98% первоначальной эффективности соответственно.

Универсальность этой стратегии разблокировала использование интерфейса CI LD, закладывая основу для разработки более эффективных и стабильных PSC. В настоящее время новая стратегия роста, предложенная исследовательской группой, будет дополнительно усовершенствована и применена при производстве других перовскитных солнечных элементов. Ожидается, что в будущем это поможет реализовать недорогие, долговечные и более производительные фотоэлектрические элементы на основе перовскита, что выведет фотоэлектрическую индустрию на новые высоты.