Международная команда исследователей во главе с Кембриджским университетом нашла, что добавление йодида калия ‘излечило’ дефекты и остановило движение иона, которые до настоящего времени ограничили эффективность дешевых солнечных батарей перовскита. Эти солнечные батареи следующего поколения могли использоваться в качестве повышающего эффективность слоя сверху существующих основанных на кремнии солнечных батарей, или превращаться в автономные солнечные батареи или окрашиваться светодиоды. О результатах сообщают в журнале Nature.Солнечные батареи в исследовании основаны на металлических перовскитах галида – многообещающая группа ионных полупроводниковых материалов это всего за несколько коротких лет развития теперь конкурирующая коммерческая тонкая пленка фотогальванические технологии с точки зрения их эффективности в преобразовании солнечного света в электричество.
Перовскиты дешевые и легкие произвести при низких температурах, который делает их привлекательными для солнечных батарей следующего поколения и освещения.Несмотря на потенциал перовскитов, некоторые ограничения препятствовали своей эффективности и последовательности. Крошечные дефекты в прозрачной структуре перовскитов, названных ловушками, могут заставить электроны вовлекать, прежде чем их энергия сможет использоваться. Чем легче, который электроны могут переместить в материале солнечной батареи, тем более эффективный, что материал будет при преобразовании фотонов, частиц света, в электричество.
Другая проблема – то, что ионы могут переместиться в солнечной батарее, когда освещено, которая может вызвать изменение в запрещенной зоне – цвет света, который поглощает материал.«До сих пор мы не были в состоянии сделать эти материалы стабильными с запрещенной зоной, в которой мы нуждаемся, таким образом, мы пытались остановить движение иона, щипая химический состав слоев перовскита», сказал доктор Сэм Стрэнкс из Кавендишской лаборатории Кембриджа, который привел исследование. «Это позволило бы перовскитам использоваться в качестве универсальных солнечных батарей или как окрашиваться светодиодами, которые являются пробегом чрезвычайно солнечных батарей наоборот».
В исследовании исследователи изменили химический состав слоев перовскита, добавив йодид калия к чернилам перовскита, которые тогда самособираются в тонкие пленки. Техника совместима с процессами от рулона к рулону, что означает, что это масштабируемо и недорого. Йодид калия сформировал ‘декоративный’ слой сверху перовскита, который имел эффект ‘исцеления’ ловушек так, чтобы электроны могли переместиться более свободно, а также остановка движения иона, которое делает материал более стабильным в желаемой запрещенной зоне.Исследователи продемонстрировали многообещающую работу с идеалом запрещенных зон перовскита для иерархического представления сверху кремниевой солнечной батареи или с другим слоем перовскита – так называемые тандемные солнечные батареи.
Кремниевые тандемные солнечные батареи – наиболее вероятное первое широко распространенное применение перовскитов. Добавляя слой перовскита, свет может быть более эффективно получен из более широкого диапазона солнечного спектра.«Калий стабилизирует запрещенные зоны перовскита, которые мы хотим для тандемных солнечных батарей, и делает их более люминесцентными, что означает более эффективные солнечные батареи», сказал Стрэнкс, исследование которого финансируется Европейским союзом и Программой Горизонта европейского Научного совета 2020 года. «Это почти полностью управляет ионами и дефектами в перовскитах».«Мы нашли, что перовскиты очень терпимы к добавкам – Вы можете добавить новые компоненты, и они выступят лучше», сказал первый автор Моджтаба Абди-Джейлби, кандидат доктора философии в Кавендишской лаборатории, который финансируется Nava Technology Limited. «В отличие от других фотогальванических технологий, мы не должны добавлять дополнительный слой, чтобы улучшить работу, добавка просто смешана в с чернилами перовскита».
Устройства перовскита и калия показали хорошую стабильность в тестах и были на 21,5% эффективны при преобразовании света в электричество, которое подобно лучшим основанным на перовските солнечным батареям и не далеко ниже практического предела эффективности основанных на кремнии солнечных батарей, который является (29%). У тандемных клеток, сделанных из двух слоев перовскита с идеальными запрещенными зонами, есть теоретический предел эффективности 45% и практический предел 35% – оба из которых выше, чем текущие практические пределы эффективности для кремния. «Вы получаете больше власти для своих денег», сказал Стрэнкс.