За короткий промежуток времени перовскитные солнечные элементы стали многообещающим элементом для производства электричества в будущем, но есть еще проблемы, которые необходимо решить в первую очередь. Это связано с проблемами стабильности, из-за которых клетки быстро разрушаются во время использования, но ученые из Университета Брауна придумали способ решить эту проблему, с помощью молекулярного клея.
Ученые наблюдали устойчивый рост производительности перовскитных солнечных элементов за последнее десятилетие, при этом альтернативная конструкция теперь конкурирует с эффективностью обычных кремниевых элементов. Кремниевые элементы также требуют дорогостоящего оборудования и высоких температур для производства, при этом перовскитные элементы могут быть изготовлены сравнительно дешево и при комнатной температуре, а затем более легко переработаны после использования. Эти факторы в сочетании с их прекрасным светопоглощающим потенциалом делают их перспективным вариантом.
Поскольку они сделаны из разных материалов, изменения температуры могут вызывать расширение или сжатие этих разных слоев с разной скоростью, что приводит к механическим напряжениям, которые заставляют их разъединяться. Ученые из Университета Брауна сосредоточились на том, что, по их словам, является наиболее проблемным из интерфейсов между этими слоями, где светопоглощающая пленка перовскита встречается со слоем переноса электронов, который управляет током, протекающим через ячейку.
«Цепь настолько сильна, насколько сильно ее самое слабое звено, и мы определили этот интерфейс как самую слабую часть всего стека, где наиболее вероятен отказ», - сказал старший автор исследования Nitin Padture. «Если мы сможем это усилить, то сможем начать реальное повышение надежности».
Падтуре разработал новые керамические покрытия для использования в высокопроизводительных установках, таких как авиационные двигатели. Основываясь на этом, он и авторы исследования начали исследовать, как соединения, называемые самоорганизующимися монослоями (SAM), могут помочь им решить проблемы стабильности, присущие перовскитным солнечным элементам.
Эти SAM можно наносить на клетки путем нанесения покрытия погружением при комнатной температуре, и команда обнаружила, что один рецепт оказался особенно многообещающим. Используя SAM из атомов кремния и йода, ученым удалось сформировать прочные связи между светопоглощающей перовскитной пленкой и электронно-транспортным слоем.
«Когда мы представили SAM на границе раздела, мы обнаружили, что это увеличивает вязкость разрушения границы раздела примерно на 50 %, а это означает, что любые трещины, которые образуются на границе раздела, не имеют тенденции распространяться очень далеко», - сказал Падтюр. «По сути, SAM становятся своего рода молекулярным клеем, который скрепляет два слоя».
В ходе тестирования команда обнаружила, что этот подход привел к значительному увеличению срока службы перовскитных солнечных элементов, которые сохранили 80 % своей максимальной эффективности после примерно 1300 часов использования.
