Сотрудники компании Exciton Science, базирующейся в Университете Монаш, смогли создать перовскитные солнечные элементы с эффективностью 21%, что является лучшим результатом, когда-либо зафиксированным для устройства, изготовленного из негалогенидного свинцового источника.

Мини-прототип солнечной панели с этими элементами достиг КПД 18,8%. Слой перовскита большой площади был изготовлен в окружающей атмосфере с помощью одноступенчатого нанесения покрытия на лезвия, что демонстрирует его потенциальную пригодность для промышленного производства.

Испытательные устройства также показали высокую термостойкость, продолжая функционировать без потери эффективности после 3300 часов работы при температуре 65 °C.

Первый автор Цзе Чжао, аспирант Университета Монаш, сказал: "Мы смогли использовать ацетат свинца в одностадийном процессе нанесения покрытия методом отжима, чтобы получить идеальную, высококачественную тонкую пленку из формамидиний-цезия перовскита.

"И поскольку нам не нужен антирастворитель, мы можем сделать это с помощью крупномасштабных методов, таких как нанесение покрытия на лезвия, что означает, что это жизнеспособно в промышленных масштабах".

Результаты были опубликованы в журнале Энергетика и наука об окружающей среде.

Автор-корреспондент и коллега из Университета Монаша доктор Вэньсинь Мао сказал: "В подавляющем большинстве исследований перовскитных солнечных элементов используются галогениды свинца, особенно йодид свинца.

"Йодид свинца должен быть чистым на 99,99%, а синтезировать клетки с использованием йодида свинца очень дорого.

"Мы - первая группа, которая изготовила высокостабильные формамидиний-цезиевые перовскитные солнечные элементы, используя ацетат свинца, а не йодид свинца.

"Мы предоставили всему исследовательскому сообществу второй способ изготовления высококачественных перовскитных солнечных элементов".

Подробнее о перовскитах: обещание против проблем

Тонкопленочные солнечные элементы, изготовленные из перовскитов, потенциально способны разрушить сектор солнечной энергетики благодаря их относительно низкой стоимости изготовления, гибкости и регулируемой ширине запрещенной зоны по сравнению с кремнием.

Однако исследователи изо всех сил пытаются решить проблемы надежности, и им также необходимо найти способ создавать устройства в жизнеспособных коммерческих масштабах.

Перовскиты обрабатываются раствором (изготавливаются в жидкости) с использованием множества различных ингредиентов.

Большинство подходов используют галогениды свинца и требуют включения сильных полярных растворителей с высокой температурой кипения и антирастворимых гасителей для контроля процесса кристаллизации перовскита.

Этот сложный механизм может привести к дефектам в тонких пленках, что приводит к быстрой потере эффективности полученного устройства. Это также трудно контролировать.

Химическое соединение ацетат свинца появился как многообещающий альтернативный предшественник, поскольку он может создавать сверхгладкие тонкие пленки с меньшим количеством дефектов.

До сих пор ацетат свинца использовался только для получения перовскитов на основе метиламмония или цезия, которые относительно нестабильны и не подходят для реального применения.

Лучшим кандидатом для коммерческого использования могут быть перовскиты, изготовленные с использованием формамидиния и цезия, благодаря их превосходной стабильности. Предыдущие попытки синтезировать их с использованием ацетата свинца в качестве предшественника потерпели неудачу.

Чтобы исследовать и решить эту проблему, исследователи вместе со своими коллегами из Уханьского технологического университета в Китае изучили лежащие в основе молекулярные механизмы.

С помощью рентгеновской дифракции и спектроскопии ядерного магнитного резонанса они определили необходимость использования аммония в качестве летучего катиона (положительно заряженного иона) на критической стадии.

Автор исследования доктор Себастьян Фюрер сказал: "Присутствие аммония способствовало удалению остаточного ацетата во время отжига без образования нежелательных побочных продуктов".

Исследователи надеются, что их работа над фундаментальной химией, определяющей поведение прекурсоров, может способствовать уделению большего внимания масштабируемым методам синтеза и изготовления металлогалогенных перовскитных устройств.