Перовскитная солнечная батарея на квантовых точках достигла рекордной эффективности в 12,70%

Ячейка, разработанная южнокорейскими учеными, была создана с использованием электронно-транспортного слоя из оксида олова с помощью низкотемпературного процесса. Как сообщается, устройство достигло самой высокой эффективности преобразования энергии, когда-либо зарегистрированной для гибких солнечных элементов на основе квантовых точек.
Группа исследователей из Южной Кореи разработала гибкий солнечный элемент с квантовыми точками на основе неорганического перовскита цезий-свинец-йодид (CsPbI3), который также известен как черный перовскит. Ячейки, созданные на основе квантовых точек, известны тем, что демонстрируют высокий квантовый выход фотолюминесценции (ФЛ), благодаря устойчивости к дефектам, и высокое напряжение разомкнутой цепи.

Квантовые точки — это крошечные частицы полупроводников, которые могут нести заряд и могут быть изготовлены из различных материалов. Они уже давно исследуются как возможные материалы для солнечных батарей. Особенно привлекательными для исследователей, работающих в области фотовольтаики, оказались те, что основаны на перовскитах и уже продемонстрировали эффективность свыше 16%.

По словам корейских ученых, преимущество перовскитных квантовых точек CsPbI3 заключается в их способности легко осаждаться на любую подложку с желаемой наноразмерной толщиной с помощью метода послойного нанесения (LBL) при комнатной температуре. «Такой простой и низкотемпературный процесс облегчает изготовление устройств даже на легких и гибких подложках на основе полимеров», — пояснили они.

Другой важной особенностью ячейки является электронно-транспортный слой (ЭТС), который был изготовлен с использованием оксида олова (SnO2), обработанного при комнатной температуре, и предназначен для улучшения фотоэлектрических характеристик за счет управления уровнем энергии при минимальном повреждении полимерной подложки за счет низкотемпературного процесса. «Энергетический уровень SnO2 контролируется путем допирования ионами галлия, чтобы уменьшить несоответствие энергетического уровня с перовскитовыми квантовыми точками», — говорят ученые.

Группа создала ячейку с подложкой из оксида индия-олова (ITO), ЭТЛ на основе SnO2, поглотителем CsPbI3-QD, дырочным транспортным слоем (HTL) на основе Spiro-OMeTAD и металлическим контактом из золота (Au).
При испытаниях в стандартных условиях освещения ячейка достигла эффективности преобразования энергии f 12,70%, что, по словам ученых, является самым высоким показателем для всех типов гибких солнечных элементов на квантовых точках на сегодняшний день. Кроме того, ячейка сохранила около 94% своей первоначальной эффективности после 500 испытаний на изгиб.

Ожидается, что благодаря наноразмерным границам зерен и мягким поверхностным лигандам пленки квантовых точек перовскита CsPbI3 будут обладать большей механической стабильностью, чем объемные пленки перовскита, что подчеркивает их потенциал в качестве компонентов гибких устройств