Открывая новые горизонты: достижение рекордного напряжения с помощью прозрачных перовскитных солнечных элементов

Команда исследователей из Штутгартского университета в Германии добилась революционного прогресса в области перовскитных солнечных элементов. Они успешно разработали однопереходный прозрачный перовскитовый солнечный элемент с впечатляющим напряжением 1,78 В, установив новый рекорд в отрасли.

Ключевым компонентом этой ячейки является гибридный перовскитный материал метиламин-хлорид свинца (MAPbCl3), известный своей высокой энергетической запрещенной зоной среди всех перовскитов. Этот уникальный материал открывает захватывающие возможности для перовскитных солнечных элементов с широкой запрещенной зоной как в таких приложениях, как Интернет вещей (IoT) и солнечные окна, так и в многопереходных солнечных элементах.

До сих пор однопереходные перовскиты с широкой запрещенной зоной боролись за достижение высоких напряжений. Ограничение заключается в быстрой кинетике кристаллизации и плохой растворимости предшественников материала. Это приводит к неполному покрытию пленки и неправильной морфологии пленки.

Чтобы преодолеть это ограничение, исследовательская группа применила двухэтапный метод осаждения с последующим отжигом в атмосфере молекулярного азота (N2) в перчаточном боксе. Управляя атмосферой отжига, они смогли влиять на кинетику кристаллизации MAPbCl3, не влияя на его объемные свойства. Этот процесс значительно улучшил покрытие поверхности и однородность пленки.

Конструкция солнечного элемента включала несколько слоев, включая подложку из легированного фтором оксида олова (FTO), слой переноса электронов (ETL) на основе углерод-титанового диоксида (C/TiO2), мезопористый слой TiO2, Поглотитель MAPbCl3, слой переноса дырок (HTL) Spiro-OMeTAD и металлический контакт из золота (Au).

В стандартных условиях освещения ячейка продемонстрировала впечатляющие показатели производительности. Он достиг эффективности преобразования мощности 0,81%, напряжения холостого хода 1,71 В, плотности тока короткого замыкания 0,73 мА см-2 и коэффициента заполнения 64,7%.

Примечательно, что элемент продемонстрировал необычайно высокое напряжение холостого хода — 1,78 В, что является самым высоким показателем, когда-либо зарегистрированным для перовскитного солнечного элемента на основе MAPbCl3. Стоит отметить, что это напряжение было достигнуто с использованием обычного слоя, транспортирующего дырки, спиро-OMeTAD, оптимизированного для узкой запрещенной зоны. Этот удивительный результат показывает, что те же самые контакты, которые используются в перовскитных солнечных элементах с узкой запрещенной зоной, которые установили мировой рекорд эффективности, могут выдерживать такие высокие напряжения.

Исследователи опубликовали свои результаты в недавней статье под названием «Светопоглотитель MAPbCl3 для перовскитных солнечных элементов высокого напряжения», доступной в ACS Publications.

Это революционное достижение открывает путь к дальнейшему совершенствованию высоковольтных перовскитных солнечных элементов, приближая нас к более эффективным и устойчивым энергетическим решениям. Благодаря потенциалу более широкого применения и повышению производительности будущее перовскитных солнечных элементов выглядит светлее, чем когда-либо.