Команда Сямэньского университета Китая с помощью прусского синего повысила эффективность перовскитных солнечных элементов выше 26%

Репортаж от Wedoany，Команда академика Чжэн Наньфэна и профессора У Бинхуэя из Сямэньского университета в исследовании перовскитных солнечных элементов предложила использовать каркас прусского синего для согласованного регулирования формирования материала перовскита, эволюции дефектов, а также миграции и распределения ионов при работе устройства, что открывает новый подход к повышению стабильности перовскитной фотовольтаики. 25 сентября соответствующие результаты исследований, выполненных совместно с Цзинаньским университетом, Университетом Цинхуа и другими партнёрскими организациями, были опубликованы в международном научном журнале Science.

Прусский синий (Prussian blue) считается первым в истории человечества современным синтетическим пигментом и долгое время применялся в живописи, печати и цианотипной фотографии. Он одновременно обладает открытой каркасной структурой, центрами со смешанной валентностью и другими особыми структурными и химическими свойствами, демонстрируя потенциал применения в исследованиях хранения ионов, ионного транспорта и окислительно-восстановительных процессов.

В ходе исследования учёные ввели наночастицы прусского синего в перовскитный светопоглощающий слой; благодаря близким к перовскиту характеристикам кристаллической решётки, обратимой окислительно-восстановительной активности и открытой каркасной структуре они обеспечили его участие в регулировании как на этапе формирования материала, так и на этапе работы устройства. Результаты показали, что после введения прусского синего процессы нуклеации, превращения промежуточных фаз и роста кристаллов перовскита эффективно регулируются, а итоговая плёнка приобретает более выраженную преимущественную ориентацию и меньшие локальные напряжения; под действием внешнего электрического поля дальняя миграция и перераспределение ионов подавляются, а индуцированное полем изменение локального потенциала также значительно уменьшается.

Для проверки применимости данной материаловедческой стратегии при различных структурах устройств и в условиях масштабирования площади исследовательская команда провела верификацию на перовскитных солнечных элементах прямой и инвертированной конфигурации. После введения прусского синего фотоэлектрическая эффективность преобразования обоих типов малоразмерных устройств превысила 26%; в процессе масштабирования площади модуль прямой конфигурации размером 6 см × 6 см достиг эффективности 23,4%, а модуль инвертированной конфигурации размером 30 см × 30 см — 22,9%.

Данное исследование рассматривает формирование перовскитной плёнки и работу устройства как взаимосвязанный непрерывный процесс и использует химические свойства прусского синего для согласованного регулирования роста кристаллов, превращения дефектов и миграции ионов, что открывает новый подход к разработке материалов с открытой каркасной структурой, сочетающих функции структурного управления, окислительно-восстановительного буфера и регулирования ионов.