Мини фотомодуль из перовскита с эффективностью 19,2%

Эффективность модуля была подтверждена Национальной лабораторией возобновляемой энергии США. Он был построен с использованием перовскитных солнечных элементов для фотомодулей со стабилизированным КПД 23,6%, напряжением разомкнутой цепи 1,17 В, плотностью тока короткого замыкания 24,1 мА на см-2 и коэффициентом заполнения 0,842.

Группа ученых из Университета Северной Каролины разработала мини-перовскитный солнечный модуль с эффективностью преобразования энергии до 19,3%, применив новый подход к проектированию интерфейсов.

Эти панели предназначены для общего назначения, то есть для всех областей применения, для которых может использоваться обычный фотомодуль.

Устройство было построено с помощью новой технологии, направленной на стабилизацию встроенных интерфейсов перовскит-подложка в используемых солнечных элементах. Общепринятые подходы, пояснили исследователи, ранее были направлены на стабилизацию интерфейсов перовскит-металл-электрод посредством пассивации поверхности или обработки после изготовления. «Деградация перовскитовых солнечных элементов начинается с интерфейсов, включая как перовскит-металл электроды и перовскит-субстраты, где происходит обогащение дефектами», — заявили они в статье «Стабилизация границ раздела перовскит-подложка для высокопроизводительных перовскитных модулей». «Стабилизация встроенных нижних интерфейсов так же важна, как и стабилизация [верхнего] интерфейса».

Группа из США обнаружила, что вокруг этих поверхностей раздела сосредоточена высокая плотность пустот и что перовскит вокруг этих пустот подвержен более быстрой деградации. Их образование объясняется присутствием диметилсульфоксида (ДМСО), который представляет собой нелетучий растворитель, который обычно используется для улучшения морфологии перовскитной пленки вблизи дна перовскитных пленок.

Растворитель был заменен на твердотельную, координирующую свинец добавку карбогидразида (КБГ), которая, по утверждению ученых, смогла уменьшить образование пустот и, в то же время, действовать как эффективный восстановитель вредного йода, образующегося в перовскитовом материале. «КБГ почти не испарялся во время термического отжига и, таким образом, оставался внутри перовскитовых пленок», — пояснили ученые.

По их словам, новая добавка позволила изготовить перовскитовые солнечные элементы со стабилизированной эффективностью 23,6%, напряжением разомкнутой цепи 1,17 В, плотностью тока короткого замыкания 24,1 мА/см-2 и коэффициентом заполнения 0,842. Перовскитные пленки, использованные для ячеек, были приготовлены методом нанесения покрытия лезвием при комнатной температуре.

Затем эти ячейки были использованы учеными для производства мини-модулей с КПД 19,3 и 19,2%, с площадью апертуры 18,1 и 50 см2, соответственно. Эти результаты были подтверждены Национальной лабораторией возобновляемой энергии Министерства энергетики США (NREL), которая протестировала 112 мини-панелей, присланных исследовательской группой UNC. Более половины устройств показали КПД свыше 19%, а около 77% из них — свыше 18,5%.  «Более того, долгосрочная эксплуатационная стабильность высокоэффективных перовскитных мини-модулей также была проверена с помощью статистических результатов», — пояснили они далее. «Пять мини-модулей сохранили 85% первоначальной эффективности преобразования энергии после 1 000 часов светового воздействия при имитации освещения  солнца при температуре 50 градусов Цельсия».