Университет Ла-Коруньи (Испания) выявил, что серебряный контактный слой вызывает деградацию перовскитных батарей на начальном этапе производства

Репортаж от Wedoany，Международное исследование с участием группы udcsolids Междисциплинарного центра химии и биологии (CICA) Университета Ла-Коруньи (Universidade da Coruña, Испания) выявило, что в процессе производства перовскитных солнечных батарей между внутренними слоями происходят химические реакции и движение ионов, и некоторые распространённые металлические контактные материалы могут вызывать деградацию батарей уже на начальном этапе изготовления.

Исследование посвящено одному из препятствий на пути коммерциализации перовскитных солнечных батарей. Научная группа воспроизвела внутренние границы раздела батарей в строго контролируемых условиях и проанализировала физико-химические изменения послойно в процессе сборки. Результаты показали наличие ионного движения внутри устройства, а также химических реакций, способных изменять структуру перовскита — ключевого материала, отвечающего за поглощение света и выработку электроэнергии.

Исследователи создали модельное устройство на монокристалле перовскита на основе йодида свинца, последовательно нанося методом термического испарения обычные функциональные слои: органический электронно-транспортный слой, органический слой в качестве барьера и слой серебра в качестве металлического контакта. Спектроскопические измерения показали, что при контакте этих слоёв происходит перестройка энергетических уровней, что способствует переносу заряда.

Что касается стабильности, органический слой образует химически стабильную границу раздела, однако серебро разлагает перовскит и приводит к образованию металлического свинца. Исследование подтвердило, что достаточно толстый органический барьер может ослабить эту деградацию, поскольку он действует как защитный слой и удерживает часть серебра. Тем не менее, транспортные материалы по-прежнему пропускают ионы свинца и йода, которые мигрируют из перовскита к металлическому контакту и накапливаются там.

Использование монокристаллов позволило изучить собственную стабильность перовскита, минимизируя влияние дефектов и границ зёрен, присутствующих в тонких плёнках. Исследование также подчёркивает, что деградация происходит в процессе сборки, без необходимости воздействия окружающей среды, и затрагивает другие аналогичные перовскиты.

Данное исследование подчёркивает необходимость защиты поглощающего слоя и разработки стратегий, препятствующих миграции ионов и поддерживающих благоприятное выравнивание энергетических уровней. Исследование подтвердило, что некоторые защитные слои могут уменьшить часть таких процессов деградации, что даёт полезную информацию для создания более стабильных и долговечных устройств.

Альберто Гарсия отметил, что для применения этих результатов в фотоэлектрической промышленности при производстве перовскитных p-i-n солнечных панелей следует уделять первостепенное внимание оптимизации толщины слоёв, поскольку исследование доказало её решающее значение для предотвращения деградации. Он также рекомендует производителям разрабатывать транспортные слои с более низкой проницаемостью для уменьшения миграции ионов — процесса деградации, который начинается уже во время сборки верхних слоёв.

Гарсия заявил, что промышленный дизайн будет развиваться в направлении более строгого контроля границ раздела, чтобы максимизировать благоприятное перевыравнивание энергетических уровней между контактными материалами, повышая тем самым эффективность и долгосрочную стабильность работы. Ему в настоящее время неизвестно о том, чтобы какие-либо промышленные компании связывались с университетом по поводу промышленного применения этих результатов.

Гарсия резюмировал, что эти результаты показывают: способ изготовления устройства напрямую влияет на его производительность и срок службы. В будущем будет крайне важно оптимизировать слои, составляющие устройство, лучше контролировать границы раздела между различными материалами и разрабатывать более стабильные структуры для уменьшения процессов деградации — всё это будет способствовать созданию более эффективных, долговечных и надёжных устройств.

Исследование было выполнено Университетом Ла-Коруньи совместно с Уппсальским университетом (Uppsala University, Швеция) и опубликовано в научном журнале ESS Solar под названием «Energetics and chemistry at electron selective interfaces for p-i-n perovskite solar cells: an in situ investigation» («Энергетика и химия электронно-селективных границ раздела для p-i-n перовскитных солнечных элементов: исследование in situ»).