Хитрый штамм повышает эффективность перовскитовых солнечных батарей Исследователи из EPFL нашли способ значительно сократить потери энергии и повысить эффективность перовскитовых солнечных батарей, добавив рубидий с помощью деформации кристаллической р

Хитрый штамм повышает эффективность перовскитовых солнечных батарей

Исследователи из EPFL нашли способ значительно сократить потери энергии и повысить эффективность перовскитовых солнечных батарей, добавив рубидий с помощью деформации кристаллической решётки небольшого изменения атомной структуры, которое помогает удерживать рубидий на месте.

Перовскитовые солнечные элементы, особенно те, которые используются в тандемных конфигурациях, основаны на материалах с широкой запрещённой зоной (WBG) полупроводниках, которые поглощают более высокоэнергетический (синий) свет, пропуская более низкоэнергетический (красный) свет, для достижения максимальной эффективности. Однако перовскитовые составы с широкой запрещённой зоной часто страдают от фазового расслоения, при котором со временем разделяются различные компоненты, что приводит к снижению производительности.

Одно из решений добавить рубидий (Rb) для стабилизации материалов WBG, но есть одна загвоздка: Rb склонен образовывать нежелательные вторичные фазы, что снижает его эффективность в стабилизации структуры перовскита.

Ученые под руководством Лукаса Пфайфера и Ликай Чжэн из группы Михаэля Гретцеля в EPFL нашли способ заставить рубидий оставаться там, где он нужен. Используя напряжение кристаллической решетки перовскитовой пленки, им удалось внедрить ионы рубидия в структуру, что предотвратило нежелательное разделение фаз. Этот новый подход не только стабилизирует материал WBG, но и повышает его энергоэффективность за счет минимизации безызлучательной рекомбинации основного источника потерь энергии.

Исследователи использовали деформацию кристаллической решётки контролируемое искажение атомной структуры чтобы удержать рубидий в решётке перовскита. Они сделали это, точно настроив химический состав и процесс нагревания и охлаждения. Быстрое нагревание с последующим контролируемым охлаждением вызывало деформацию, предотвращая образование нежелательных вторичных фаз и обеспечивая интеграцию рубидия в структуру.

Чтобы подтвердить и понять этот эффект, команда исследователей использовала рентгеновскую дифракцию для анализа структурных изменений, ядерный магнитный резонанс в твёрдом теле для отслеживания расположения атомов Rb и вычислительное моделирование для имитации взаимодействия атомов в различных условиях. Эти методы позволили получить подробную картину того, как стабилизируется включение Rb.

Помимо деформации кристаллической решётки, они также обнаружили, что введение ионов хлорида играет ключевую роль в стабилизации кристаллической решётки, компенсируя разницу в размерах между внедрёнными элементами. Это обеспечило более равномерное распределение ионов, уменьшило количество дефектов и повысило общую стабильность материала.

Результат? Более однородный материал с меньшим количеством дефектов и более стабильной электронной структурой. Новый состав перовскита, дополненный стабилизированным напряжением Rb, обеспечил напряжение холостого хода 1,30 В впечатляющие 93,5% от теоретического предела. Это один из самых низких показателей потерь энергии, когда-либо зарегистрированных для перовскитов WBG. Более того, модифицированный материал продемонстрировал улучшенный квантовый выход фотолюминесценции (PLQY), что указывает на более эффективное преобразование солнечного света в электричество.

#фотовольтаика #новостиэлектроники