Главная проблема для области перовскита не такая эффективность, но стабильность. В отличие от кремниевых клеток, перовскиты – мягкие прозрачные материалы и подверженный проблемам из-за разложения со временем.
В коммерческом контексте это помещает перовскиты на более высокую цену, чем обычные кремниевые клетки.Поэтому было много усилий в синтезировании материалов перовскита, которые могут поддерживать высокую эффективность со временем.
Это сделано, введя различные катионы (положительно заряженные ионы) в кристаллическую структуру перовскита. Хотя об успехе сообщили, смешав неорганические катионы как цезий или рубидий в состав перовскита, эти решения имеют тенденцию быть трудными и дорогими, чтобы осуществить.Между тем нет органический – и легче синтезировать – катионы, которые могут повысить и эффективность и стабильность, были найдены до сих пор. Теперь, лаборатория Мохаммада Хая Назееруддина в Вале EPFL, Уоллис, с коллегами в Университете Кордовы, обнаружил, что они могут улучшить стабильность перовскита, введя большой органический катион guanidinium (CH6N3 +) в перовскиты йодида лидерства methylammonium, которые являются среди самых многообещающих альтернатив в группе сегодня.
Ученые показывают, что guanidinium вставки катиона в кристаллическую структуру перовскита и увеличивают полную тепловую и экологическую стабильность материала, преодолевая то, что известно в области как «предел фактора терпимости Goldschmidt». Это – индикатор стабильности кристалла перовскита, который описывает, насколько совместимый конкретный ион к ней. Идеальный фактор терпимости Goldschmidt должен быть ниже или равен 1; guanidinium’s всего 1.03.Исследование нашло, что добавление guanidinium значительно улучшило существенную стабильность перовскита, поставляя средней эффективности преобразования электроэнергии более чем 19% (19.2 ± 0,4%) и стабилизируя эту работу в течение 1 000 часов под непрерывным легким освещением, которое является стандартным лабораторным испытанием на измерение эффективности фотогальванических материалов.
Ученые оценивают, что это соответствует 1 333 дням (или 3,7 годам) реального использования – это основано на стандартных критериях, используемых в области.Профессор Нэзираддин объясняет: «Беря стандартный фактор ускорения 2 для каждых десяти увеличений степеней температуры, фактор ускорения 8 оценен для 55 °C в противоположность 25 °C градусам. Следовательно эти 1 000 часов в 55°C эквивалентный составили бы 8 000 часов. Наши камеры были подвергнуты в 60°C, поэтому числа могли быть еще выше.
Принимая эквивалент 6 часов полный солнечный свет/день или 250Wm-2 среднее сияние (эквивалентный Северной Африке) общее количество дней – 1333, равняется 44,4 месяцам и стабильности 3,7 лет. Однако для стандартной аккредитации солнечной батареи ряд стресс-тестов включая езду на велосипеде температуры и влажное тепло также требуется».
«Это – фундаментальный шаг в области перовскита», говорит Нэзираддин. «Это предлагает новую парадигму в дизайне перовскита, поскольку дальнейшие исследования вне предела фактора терпимости могли преобладать для катионных смесей, сохраняя 3D структуру с улучшенной стабильностью через увеличенное число H-связей в неорганической структуре – проблема, что мы теперь близко к решению».