Использование легированного танталом оксида вольфрама в качестве одного из компонентов эффективных перовскитных солнечных батарей позволило увеличить срок их службы как минимум в 10 раз — до 1000 часов.
Химики из Германии и США показали, что этот компонент снижает потери тока на границе между слоями и сильно замедляет химическую деградацию батареи.
Результаты работы опубликованы в Science.
Перовскитные солнечные батареи считают одним из наиболее перспективных вариантов замены кремниевым фотоэлектрическим модулям, однако они имеют несколько недостатков. КПД перовскитных солнечных батарей может превышать 20 процентов, но сохранять такую эффективность в течение долгого времени они или не могут, или это обходится очень дорого. Главной причиной быстрой потери эффективности является химическая деградация компонентов перовскитных батарей.
Группа под руководством И Хоу (Yi Hou) предложила новый состав одного из функциональных слоев перовскитной батареи, который позволяет значительно замедлить деградацию материала с дырочной проводимостью. В качестве перовскитного слоя в батареи использовался традиционный органо-неорганический материал на основе иодида свинца MAPbI3, и эффективность такой батареи составляет 21,2 процента что очень близко к максимальному возможному на сегодняшний день уровню.
В качестве слоя с дырочной проводимостью исследователи предложили использовать гибридный материал, в котором органический компонент на основе политиофена связывался с оксидом вольфрама с добавками тантала. Такой материал позволяет свести к минимуму характерные для аналогичных батарей потери при протекания тока между электродом и органическим слоем, и обеспечивает квазиомический контакт, который приводит к снижению избыточного сопротивления, подавлению нагревания и постепенного разрушения.
Такая структура солнечного элемента позволяет ему без потери эффективности работать в течение 1000 часов, в течение которых она снижается не больше, чем на 5 процентов. Эффективность аналогичных батарей, в которых оксидный слой или не использовался, или имел другой химический состав (состоял из оксида молибдена или нелегированного оксида вольфрама) падала в два раза уже после 200 часов работы.
По словам ученых, такой состав слоя с дырочной проводимостью позволяет использовать целый класс органических соединений и, возможно, позволит создать относительно дешевые и стабильные перовскитные элементы с еще большей эффективностью.
Для повышения устойчивости перовскитных батарей, как химической, так и механической, ученые предлагают довольно много различных способов. Одним из методов химической защиты отдельных слоев перовскитной батареи является использование дополнительного слоя фторированного графена. Для увеличения механической прочности солнечных элементов химики предложили объединять их в гексагональные решетки.
Источник: N+1
