Стратегия повышения эффективности перовскитных/органических солнечных элементов

Стратегия повышения эффективности перовскитных/органических солнечных элементов
Стратегия повышения эффективности перовскитных/органических солнечных элементов

Структура устройства и изображение поперечного сечения перовскита/органических ТСК, полученное сканирующей электронной микроскопией. Кредит: Чжан и др.

В последние годы исследователи экспериментировали с широким спектром конструкций солнечных элементов в надежде облегчить их широкое внедрение. Было обнаружено, что органические солнечные элементы на основе перовскитных материалов демонстрируют различные преимущества по сравнению с традиционными конструкциями солнечных элементов на основе обычного кремния, включая более низкие затраты на изготовление, большую гибкость и возможность настройки.

На данный момент органические солнечные элементы достигли максимальной сертифицированной эффективности преобразования энергии (PCE) в 19,4%, что ниже, чем у кремниевых солнечных элементов. Предлагаемая стратегия повышения их эффективности и стабильности предполагает объединение этих элементов с элементами на основе смешанных галогенидных широкозонных перовскитов, создавая тандемные солнечные элементы из перовскита и органических веществ.

Хотя тандемные солнечные элементы из перовскита и органических веществ теоретически могут достичь высоких показателей PCE и стабильности, их производительности препятствует процесс, известный как фазовая сегрегация. Этот процесс ухудшает характеристики широкозонных перовскитных ячеек и, в свою очередь, отрицательно влияет на процессы рекомбинации в соединительном слое тандемных солнечных элементов.

Исследователи из Сучжоуской ключевой лаборатории новых полупроводниково-оптоэлектронных материалов и устройств недавно разработали стратегию подавления фазовой сегрегации в широкозонных перовскитах, тем самым повышая производительность и стабильность тандемных ячеек перовскит/органические элементы. Эта стратегия, представленная в Природная энергиявлечет за собой использование псевдо-тройного галогенидного сплава, включенного в смешанные галогенидные перовскиты на основе йода и брома.

«Смешанно-галогенидные широкозонные перовскиты подходят для интеграции в тандемные фотоэлектрические элементы, такие как перовскитно-органические тандемные солнечные элементы», — написали в своей статье Чжичао Чжан, Вейцзе Чен и их коллеги.

«Однако сегрегация галогенидной фазы, возникающая в результате миграции ионов галогена с помощью вакансий галогена в широкозонных перовскитах, ограничивает эффективность и срок службы устройства. Мы включаем ионы псевдогалогентиоцианата (SCN) в смешанные галогенидные перовскиты йодида / бромида и показываем, что они усиливают кристаллизацию и уменьшить границы зерен».

Исследователи обнаружили, что введение их псевдогалогентиоцианатных ионов в смешанные йод/бромид-галогенидные перовскиты предотвращало разделение галогенидных элементов внутри солнечных элементов. Тиоцианат в конечном итоге замедлил кристаллизацию, предотвратив миграцию ионов и тем самым облегчив движение электрического заряда в солнечном элементе.

«Незначительные количества ионов SCN в объеме входят в решетку перовскита, образуя сплав I/Br/SCN, и занимают вакансии йода, блокируя миграцию галогенид-ионов посредством стерических препятствий», — пишут Чжан, Чен и их коллеги. «В совокупности эти эффекты замедляют сегрегацию галогенидной фазы во время работы и уменьшают потери энергии в широкозонных перовскитных ячейках».

Чтобы проверить способность предложенной ими стратегии подавлять фазовую сегрегацию в широкозонных перовскитах, исследователи применили ее к разработке тандемных солнечных элементов из перовскита и органических веществ. В ходе этих первоначальных испытаний они обнаружили, что полученные тандемные солнечные элементы достигли PCE 25,82%, сертифицированного PCE 25,06% и эксплуатационной стабильности 1000 часов.

В будущем методология, предложенная Чжаном, Ченом и их сотрудниками, может быть адаптирована и применена к более широкозонным перовскитам различного состава. В конечном итоге это может способствовать разработке новых многообещающих перовскитных/органических фотоэлектрических элементов, которые стабильны при различной интенсивности света, демонстрируют высокие значения PCE и могут работать в течение более длительных периодов времени, прежде чем разрушаться.

Больше информации:
Чжичао Чжан и др., Подавление фазовой сегрегации в широкозонных перовскитах тиоцианат-ионами для тандемов перовскит/органические с эффективностью 25,06%, Природная энергия (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01491-0.

© 2024 Сеть Science X

Цитирование: Стратегия повышения эффективности перовскитных/органических солнечных элементов (28 апреля 2024 г.), получено 29 апреля 2024 г. с https://techxplore.com/news/2024-04-strategy-boost-efficiency-perskiteorganic-solar.html.

Этот документ защищен авторским правом. За исключением любых добросовестных сделок в целях частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Содержимое предоставлено исключительно в информационных целях.

Поделиться в соцсетях