Исследовательский документ с подробным описанием полученных результатов был опубликован сегодня в Природа в качестве документа раннего доступа. Исследованием руководит Ян Янг, профессор материаловедения и инженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Самуэли, обладатель стипендии Кэрол и Лоуренса Э. Таннас-младших. Соавторами являются Шон Тан и Тяньи Хуан, оба недавние выпускники UCLA Samueli Ph.D., которых консультировал Ян.

Перовскиты - это группа материалов, которые имеют то же атомное расположение или кристаллическую структуру, что и минеральный оксид титана кальция. Подгруппа перовскитов, металлогалогенные перовскиты, представляют большой исследовательский интерес из-за их многообещающего применения в энергоэффективных тонкопленочных солнечных элементах.

Солнечные элементы на основе перовскита могут быть изготовлены с гораздо меньшими затратами, чем их аналоги на основе кремния, что делает технологии солнечной энергетики более доступными, если можно должным образом устранить широко известную деградацию при длительном воздействии освещения.

"Солнечные элементы на основе перовскита, как правило, разрушаются при солнечном свете гораздо быстрее, чем их кремниевые аналоги, поэтому их эффективность в преобразовании солнечного света в электричество падает в долгосрочной перспективе", - сказал Янг, который также является членом Калифорнийского института наносистем при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. "Однако наше исследование показывает, почему это происходит, и предлагает простое решение. Это представляет собой крупный прорыв в доведении перовскитной технологии до коммерциализации и широкого внедрения".

Обычная обработка поверхности, используемая для устранения дефектов солнечных элементов, включает нанесение слоя органических ионов, который делает поверхность слишком отрицательно заряженной. Команда под руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе обнаружила, что, хотя обработка предназначена для повышения эффективности преобразования энергии в процессе изготовления перовскитовых солнечных элементов, она также непреднамеренно создает более богатую электронами поверхность - потенциальную ловушку для электронов, несущих энергию.

Это условие дестабилизирует упорядоченное расположение атомов, и со временем перовскитовые солнечные элементы становятся все менее эффективными, что в конечном итоге делает их непривлекательными для коммерциализации.

Вооружившись этим новым открытием, исследователи нашли способ справиться с долговременной деградацией клеток, объединив положительно заряженные ионы с отрицательно заряженными для обработки поверхности. Переключатель позволяет поверхности быть более электронно-нейтральной и стабильной, сохраняя при этом целостность поверхностных покрытий, предотвращающих дефекты.

Команда проверила долговечность своих солнечных элементов в лаборатории в условиях ускоренного старения и освещения 24/7, имитирующего солнечный свет. Элементам удалось сохранить 87% их первоначальной эффективности преобразования солнечного света в электричество в течение более чем 2000 часов. Для сравнения, солнечные элементы, изготовленные без исправления, снизили свою первоначальную производительность до 65% после тестирования в течение того же времени и в тех же условиях.

"Наши перовскитовые солнечные элементы являются одними из самых стабильных по эффективности на сегодняшний день", - сказал Тан. "В то же время мы также заложили новые фундаментальные знания, на основе которых сообщество может продолжать развивать и совершенствовать нашу универсальную технологию для создания еще более стабильных перовскитных солнечных элементов".

Другими соответствующими авторами статьи являются Руи Ван, доцент инженерного факультета Университета Уэстлейк в Ханчжоу, Китай; и Джин-Вук Ли, доцент инженерного факультета Университета Сунгюн-Кьюнкван в Сувоне, Южная Корея. И Ван, и Ли ранее были постдокторскими исследователями Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которых консультировал Ян.

Исследователи из Калифорнийского университета в Ирвине, Университета Мармара, Турция, и Национального университета Ян Мин Чао Тунг, Тайвань, также внесли свой вклад в работу.

Исследование было поддержано Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США.