Пятилетний срок службы перовскитового солнечного элемента и способ ускорить испытания на срок службы

Принстонский университет прогнозирует пять лет, а может быть, и 30 лет жизни на открытом воздухе благодаря стеку перовскитовых солнечных элементов, изобретенному в его лабораториях.

Ключом является двухмерный барьерный слой материала между поглощающим фотоны слоем перовскита и транспортным слоем дырок.

«Хотя идея 2D-покрывающего слоя не нова, она по-прежнему считается новым методом», — говорится в сообщении университета.

Клетки полностью неорганические, с трииодидом цезия-свинца (CsPbI₃) поглотитель и тиоцианат меди дырочный транспорт.

По словам Принстона, исследователь Сяомин Чжао и его коллеги создавали и тестировали «множество вариантов» химического состава и геометрии слоев, чтобы оптимизировать поглощение света и защитить хрупкие части стека от износа.

Они обнаружили, что двумерный Cs₂PbI₂Кл₂ слой не только стабилизировал поверхность раздела поглотитель/отверстие-транспорт, увеличивая срок службы, но и повышал эффективность преобразования с 14,9 до 17,4%.

«В принципе было ноль [efficiency] упадет почти через полгода», — сказал Чжао.

В то же время лаборатория искала реалистичный ускоренный тест на срок службы, выбрав в качестве ускорителей тепло, влажность и световое воздействие.

Образцы замачивали при четырех различных температурах до 110°C.

Устройства с 2D-слоем не деградировали при 35°C, согласно статье, опубликованной в журнале Science (см. ниже), и сохраняли 80% начальной эффективности после более чем 2100 часов при 110°C при постоянном освещении.

В документе говорится, что наблюдалась температурная зависимость Аррениуса, и она использовалась для предсказания собственного срока службы в 51 000 ± 7 000 часов (почти шесть лет) при непрерывной работе при температуре 35°C.

По словам коллеги-исследователя профессора Линн Лу, это лабораторный эквивалент 30 лет работы на открытом воздухе в таком районе, как Принстон.

«Сегодня у нас может быть рекорд, но завтра кто-то другой придет с лучшим результатом, — сказала она. — Самое интересное то, что теперь у нас есть способ протестировать эти устройства и узнать, как они будут работать в долгосрочная перспектива».

Неорганическая природа материалов и барьерный слой — не единственные причины, по которым эта клетка так хорошо выживает: ее перовскит изготовлен в виде особой нанокристаллической пленки, которая, как известно, сопротивляется изменениям при повышенных температурах, а также имеет еще два тонких слоя, продлевающих жизнь. слои, а также интенсивная инкапсуляция.

В частности, он был построен на переднем стекле с электродным покрытием из легированного фтором оксида олова.

На него сначала наносился электронно-транспортный слой диоксида титана, а затем, перед перовскитом, еще один стабилизатор интерфейса – слой оксида алюминия. Затем последовали перовскитовый поглотитель фотонов, двумерный барьер, транспорт из медных дырок, затем хромовый антидиффузионный слой, стимулирующий жизнь, а затем золотой задний электрод.

Для защиты этой сборки с тыльной стороны было нанесено покрытие из ПММА, затем второе защитное покрытие из аморфного фторполимера Cytop. Наконец, ячейка была закрыта сзади другим стеклянным листом, края которого были приклеены к переднему стеклу с помощью эпоксидной смолы.

Статья команды в журнале Science: «Ускоренное старение полностью неорганических перовскитных солнечных элементов со стабилизированным интерфейсом'.

«Эта статья, вероятно, станет прототипом для тех, кто хочет проанализировать производительность на пересечении эффективности и стабильности», — сказал физик солнечных элементов Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США Джозеф Берри. «Создание прототипа для изучения стабильности и демонстрация того, что можно экстраполировать, делает работу, которую все хотят увидеть, прежде чем мы начнем полномасштабные полевые испытания. Это позволяет вам создавать действительно впечатляющие проекты».

«Некоторые люди все еще захотят увидеть, как это происходит, — добавил он, — но это гораздо более достоверная наука, чем многие другие попытки прогнозирования».

Принстон работал с Линчёпингским университетом в Швеции.

Фото: Бампер ДеДжесус, Принстонский университет