Ученые из США разработали бессвинцовый перовскитный солнечный элемент, более устойчивый к воздействию кислорода и влаги. Результаты работы опубликованы 1 сентября в журнале Nature Materials.
В исследовании участвовали специалисты Висконсинского университета в Мадисоне, Национальной лаборатории Скалистых гор, Университета Толидо, Колорадского университета в Боулдере и Колорадской горной школы.
Большинство наиболее эффективных перовскитных солнечных элементов содержит свинец. В качестве альтернативы учёные исследуют соединения на основе олова, однако такие материалы быстро разрушаются при контакте с кислородом и водой.
Для повышения устойчивости материала авторы использовали органический катион 4-хлорфенилэтиламмония — 4ClPEA. Он образует двумерный защитный слой над трёхмерной оловянной перовскитной структурой.
Учёные сравнили соединения с органическими компонентами, содержащими фтор, хлор и бром. Хлорированный вариант обеспечил наиболее плотную упаковку кристаллических слоёв. Более сильное взаимодействие между ними замедлило проникновение кислорода и воды, а также улучшило кристалличность и ориентацию плёнки.
Полученный двумерный перовскит сохранял структуру и фотолюминесценцию в окружающем воздухе в течение нескольких месяцев. При погружении в воду материал не растворялся несколько дней, тогда как обычные оловянные перовскиты в таких условиях быстро разрушаются.
На основе материала изготовили двумерно-трёхмерные солнечные элементы. Максимальная эффективность преобразования энергии составила 16,2%. После 1600 часов хранения в сухом воздухе лучшие образцы сохранили более 95% первоначальной эффективности.
При непрерывной работе под имитированным солнечным светом и температуре 55 °C элементы сохранили 80% начальной эффективности после 1000 часов испытаний.
Авторы рассматривают разработанную структуру как один из способов одновременного повышения устойчивости и эффективности оловянных перовскитов. Национальная лаборатория Скалистых гор и исследовательский фонд Висконсинского университета подали совместную патентную заявку на новый материал.
Испытания проводились на лабораторных элементах. Долговечность полноразмерных модулей в условиях эксплуатации на открытом воздухе, стоимость производства и возможность масштабного выпуска пока не подтверждены.
