Высокоэнтропийные гибридные перовскитовые солнечные элементы достигают эффективности 25,7%

Исследователи из Чжэцзянского университета в Китае разработали инвертированный перовскит солнечная батарея на основе высокоэнтропийного гибридного перовскита (HEHP). Сообщается, что этот новый подход повышает стабильность устройства и демонстрирует исключительную эффективность.

«Наша работа подчеркивает потенциал высокоэнтропийной гибридной перовскитной структуры (HEHP) для повышения эффективности и стабильности перовскитных солнечных элементов», — сказал Цзинцзин Сюэ, автор исследования. «Эта структура содержит сильно неупорядоченные органические компоненты, которые обеспечивают прирост энтропии и демонстрируют лучшую термическую стабильность и структурную надежность по сравнению с их упорядоченными однокомпонентными аналогами. Химическое богатство органических компонентов открывает дополнительные возможности для настройки свойств перовскитов и родственных материалов». <р>

Улучшенная стабильность и эффективность

Исследовательская группа продемонстрировала, что новый материал обладает однофазной многокомпонентной структурой перовскита, обеспечивая большую фазовую стабильность при высоких температурах, чем обычные перовскиты. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) подтвердила сосуществование различных органических катионов в предлагаемом материале.

"Монокристалл HEHP показал характерные пики всех органических катионов, которые хорошо совпадали с пиками эквимолярной смеси всех пяти органических катионов", - объяснили ученые. «Этот монокристалл лучше всего можно описать как гибридную структуру, состоящую из упорядоченных неорганических структур и неупорядоченных органических прослоек».

Усовершенствованная конструкция устройства

Используя HEHP, исследователи создали перовскитную пленку с превосходной устойчивостью к воде и влаге. Эта пленка затем была использована для создания перовскитного солнечного элемента с традиционной архитектурой, которая включала подложку из оксида индия и олова (ITO), слой переноса электронов (ETL) оксида олова (SnO2), перовскитный поглотитель, спиро-OMeTAD- слой переноса дырок на основе металлического серебра (Ag). Производительность этого устройства сравнивалась с эталонным устройством с аналогичным перовскитным слоем, но без HEHP.

Превосходные показатели производительности

При испытаниях в стандартных условиях освещения устройство на базе HEHP показало:

• Эффективность: 25,7%
• Напряжение холостого хода: 1,17 В
• Плотность тока короткого замыкания: 25,8 мА/см²
• Коэффициент заполнения: 85,2%

Для сравнения, эталонное устройство достигло:

• Эффективность: 23,2%
• Напряжение холостого хода: 1,13 В
• Плотность тока короткого замыкания: 25,1 мА/см²
• Коэффициент заполнения: 81,7%

Ячейка на основе HEHP сохранила более 98% от своего оригинала  эффективность даже после 1000 часов.

«Мы связываем улучшение напряжения холостого хода и коэффициента заполнения с уменьшением безызлучательной рекомбинации и улучшением интерфейса после включения HEHP», — объяснили ученые. «Превосходство HEHP над отдельными компонентами в снижении электронных помех можно объяснить сосуществованием нескольких типов катионов А-сайта, которые могут синергетически взаимодействовать с различными дефектами».

Широкая применимость

Команда уверена, что новый перовскитный материал можно использовать в различных перовскитных композициях и ячеистых архитектурах. «Это может служить универсальной и устойчивой к дефектам стратегией повышения производительности перовскитных солнечных элементов в различных сценариях, что имеет решающее значение для повышения производительности перовскитных устройств в будущем массовом промышленном производстве», — заключила команда.

Подробности этой новой концепции элементов изложены в исследовании «Высокоэнтропийные гибридные перовскиты с неупорядоченными органическими фрагментами для перовскитных солнечных элементов», опубликованном в журнале Nature Photonics.