Команда из США, Южной Кореи и Франции создала модуль на основе стабильного перовскита с эффективностью 22,36%

Репортаж от Wedoany，Международная исследовательская группа разработала новый процесс комнатной кристаллизации, названный селективным холодным литьем иодоплюмбата (SICC), для создания перовскитных солнечных батарей и модулей со структурой 2D/3D-гетероперехода, что, как утверждается, повышает стабильность и эффективность устройств.

Традиционные 2D-перовскитные батареи более стабильны, чем 3D-устройства, благодаря защите органических лигандов, но имеют большую энергию связи экситонов. Адитья Д. Мохите, автор-корреспондент из Университета Райса, рассказал журналу pv magazine: «Мы разработали новый метод комнатной кристаллизации, называемый селективным холодным литьем иодоплюмбата (SICC), который позволяет получать кинетически стабильные фазы перовскита, недоступные при традиционной термодинамической обработке». Эта стратегия позволяет создавать однородные 2D-слои, улучшающие внеплоскостной перенос заряда в 3D:2D-двухслойных устройствах, достигая эффективности более 25% в малых батареях и более 22% в крупных фотоэлектрических модулях.

Исследование опубликовано в журнале Nature Synthesis под названием «Селективное холодное литье иодоплюмбата для получения кинетически стабильного перовскита, обеспечивающего высокоэффективные фотоэлектрические модули». Исследователи отмечают, что SICC, контролируя химию прекурсоров с помощью дизайна растворителей, позволяет получать необычные низкоразмерные кристаллические структуры перовскита, включая труднодостижимую в метиламмониевых системах волнистую фазу MA₂PbI₄. «Процесс SICC селективно формирует упрощенные виды иодоплюмбата, обеспечивая быструю кристаллизацию с высокой фазовой чистотой без необходимости термического отжига», — добавил Мохите. Смешивая растворители с разными донорными числами, такие как ацетонитрил и N-метил-2-пирролидон (NMP), команда селективно способствовала образованию видов иодоплюмбата.

В отличие от традиционных 2D-перовскитов с низким значением n, чья производительность ограничена изоляционным выравниванием уровней, пленки SICC обеспечивают эффективный вертикальный перенос носителей и благоприятное выравнивание энергетических зон с 3D-перовскитом. «2D-слой, выращенный методом SICC, значительно улучшает качество и однородность 3D:2D-гетероструктуры, что повышает эффективность, уменьшает гистерезис и улучшает эксплуатационную стабильность», — подчеркнул Мохите.

На основе этой технологии исследователи разработали перовскитные солнечные батареи с активной площадью 0,094 см², структура которых включает подложку из фторированного оксида олова (FTO), слой оксида олова (SnO₂) в качестве транспортного слоя электронов (ETL), 3D-перовскитный поглощающий слой, 2D-перовскитный слой, транспортный слой дырок (HTL) на основе Spiro-OMeTAD и электрод из золота (Au). Двухслойная структура 3D/2D формируется путем интеграции 2D-перовскитного слоя иодида бутиламмония-свинца (BA₂PbI₄) с помощью процесса твердотельного внутриплоскостного роста, при этом двухслойная структура спрессовывается под давлением 60 МПа и при температуре от 60 °C до 85 °C.

Для масштабирования команда изготовила мини-модули на подложках размером 7,1 см × 7,1 см, каждый из которых состоит из 10 монолитно соединенных субэлементов с активной площадью 25 см². Соединение осуществлялось с помощью лазерного скрайбирования P1, P2 и P3 с использованием пикосекундного лазера с длиной волны 532 нм, ширина линий скрайбирования составила 25 мкм, 120 мкм и 110 мкм соответственно, оптимизированный процесс нанесения рисунка обеспечил геометрический коэффициент заполнения 94,36%. Устройства тестировались при стандартном освещении AM1.5G и интенсивности 100 мВт/см², эффективность преобразования мощности малых батарей составила 25,14%, а мини-модулей площадью 25 см² — 22,36%. В тестах на стабильность модули, герметизированные с помощью УФ-отверждаемой смолы и стеклянной крышки толщиной 1,1 мм, сохраняли более 90% начальной производительности в течение более 1000 часов при непрерывной работе под одним солнцем.

Мохите резюмировал: «Наши результаты показывают, что низкоразмерные перовскиты следует понимать и проектировать как кинетические продукты, а не чисто термодинамические материалы. Наша работа предлагает масштабируемый путь для интеграции стабильных низкоразмерных перовскитов в следующее поколение высокоэффективных солнечных модулей и тандемных фотоэлектрических систем».

В исследовании участвовали Сеульский национальный университет (Seoul National University, Южная Корея), Корейский институт промышленных технологий (Korea Institute of Industrial Technology), южнокорейский перовскитный стартап Frontier Energy Solution (FES), Университет Райса (Rice University, США) и Северо-Западный университет (Northwestern University, США), а также Французский институт оптических функциональных технологий для информации (Institut Fonctions Optiques pour les Technologies de l’Information).

Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com