Созданы самые надежные перовскитовые фотоэлементы с КПД 19%

Основной проблемой производства фотоэлементов из перовскита является не производительность, а стабильность. Ее и попытались решить специалисты Федеральной политехнической школы Лозанны, предложившие новый материал, благодаря которому удалось сохранить высокий КПД в течение 1000 часов работы.

Принимая во внимание предельный КПД кремниевых солнечных элементов, равный приблизительно 25%, перовскиты могут стать новым поколением фотогальванических устройств. Особым потенциалом обладают органически-неорганические свинцово-галоидные перовскиты, показатели которых уже превышают 20% в различных вариантах сборки фотоэлементов, при этом их производство дешевле и проще.

В отличие от кремния, перовскиты — мягкий кристаллический материал, в большей степени подверженный разрушению. С точки зрения окупаемости это значительно снижает их экономическую выгоду. Ученые регулярно пытаются синтезировать более надежные перовскитовые материалы, вводя в их кристаллическую структуру различные катионы. Некоторые эксперименты увенчались успехом, но предложенные варианты решений остаются слишком сложными и дорогими.

Под руководством Мохаммада Хаджи Насреддина ученые обнаружили, что могут повысить стабильность перовскитов, введя органический катион гуанидин (CH6N3+) в перовскиты на основе иодида свинца метиламмония, одного из самых многообещающих разновидностей материала для создания фотоэлементов из своей группы.

Катионы гуанидина проникают в кристаллическую структуру перовскита и повышают устойчивость к температурам и воздействию окружающей среды, нарушая так называемое правило Гольдшмидта, индикатор стабильности кристалла, который описывает, совместимы отдельные ионы.

В ходе исследования было обнаружено, что гуанидин существенно улучшает стабильность перовскитов, обеспечивая при этом среднюю производительность конверсии энергии на уровне 19% и сохраняя ее в течение 1000 часов во время стандартных лабораторных тестов. По оценкам специалистов, это равно 1333 дням или 3,7 годам использования в полевых условиях.

«Это фундаментальный шаг в области перовскитов, — считает Насреддин. — Он открывает новую парадигму в создании перовскитов, поскольку указывает на возможность успешного применения катионных смесей при сохранении трехмерной структуры с повышенной стабильностью посредством увеличения числа водородных связей внутри неорганической конструкции — проблемы, которая теперь близка к решению».