Китайские учёные нашли способ создания крупноформатных солнечных элементов с рекордной эффективностью
Китайские исследователи из Циндаоского института биоэнергетики и биопроцессинга (QIBEBT) совершили прорыв в области солнечной энергетики, разработав метод, позволяющий значительно повысить эффективность и стабильность так называемых инвертированных перовскитных солнечных элементов. Ученым удалось решить проблему «скрытого интерфейса» — микроскопического слоя, расположенного глубоко внутри структуры элемента, который традиционно являлся слабым местом, где «умирают» эффективность и стабильность устройства.
Этот скрытый интерфейс, находящийся между перовскитом и нижележащим слоем, отвечающим за перенос заряда, крайне сложно поддается контролю. Из-за его нестабильности в инвертированных элементах часто возникают электронные дефекты и нарушения структурной целостности. Команда под руководством профессора Пан Шупина и доктора Сунь Сюхуна предложила инновационное решение — метод «кристалл-сольватной» предварительной затравки.
Суть метода заключается в использовании специально разработанных нанокристаллов, которые наносятся на подложку, обработанную самоорганизующимся монослоем. Эти нанокристаллы выполняют функцию шаблона, направляя рост кристаллов перовскита снизу вверх. Палочкообразная форма CSV-нанокристаллов решает сразу две задачи: улучшает смачиваемость гидрофобных поверхностей для равномерного нанесения покрытия и создает плотные центры кристаллизации, ускоряющие рост. Ключевой инновацией стал эффект «решеточного отжига растворителем», при котором захваченные молекулы медленно высвобождаются в процессе нагрева, «залечивая» дефекты и реорганизуя кристаллическую структуру непосредственно на нижнем интерфейсе.
Этот синергетический процесс позволяет сформировать перовскитный слой не только быстро, но и с превосходной структурой, лишенной типичных для этого интерфейса пустот. «Мы разработали комплексный подход, который одновременно решает задачи регулирования кристаллизации и стабилизации интерфейса. Эта стратегия обеспечивает высокую производительность даже на тех скрытых поверхностях, которые традиционно сложнее всего поддаются контролю», — прокомментировала разработку доктор Сунь Сюхун.
Важнейшим достижением стало то, что метод, успешно работающий в лабораторных условиях, показал свою эффективность и при масштабировании. Исследователи создали мини-модуль площадью почти 50 квадратных сантиметров, который продемонстрировал впечатляющую эффективность преобразования энергии в 23,15%. При этом потеря эффективности при переходе от крошечного тестового элемента к крупному модулю составила менее трех процентов, что является значительным успехом на пути к массовому производству таких панелей. Помимо солнечной энергетики, предложенная технология может найти применение в создании полупроводников и светоизлучающих устройств.
Результаты исследования были в журнале Nature Synthesis.