"Этот тип многофункциональной добавки, как правило, может быть использован для получения различных перовскитных композиций для изготовления высокоэффективных и стабильных перовскитовых солнечных элементов. Высококачественные перовскитовые пленки позволят увеличить масштаб солнечных панелей большой площади", - пояснил профессор Алекс Джен Кван-Юэ, профессор материаловедения кафедры Ли Шау Ки и директор Гонконгского института чистой энергии CityU, который руководил исследованием.

PVSC привлекли значительное внимание благодаря своей впечатляющей эффективности преобразования солнечной энергии (PCE). Поскольку перовскиты могут осаждаться из растворов на поверхности изготовления, PVSC имеют потенциал для применения в интегрированной в здания фотовольтаике (BIPV), носимых устройствах и солнечных электростанциях. Однако на эффективность и стабильность по-прежнему влияют серьезные потери энергии, связанные с дефектами, внедренными на границах раздела фаз и зерен перовскитов. Таким образом, внутреннее качество перовскитной пленки играет решающую роль в определении достижимой эффективности и стабильности PVSC.

Хотя многие предыдущие исследования были сосредоточены на улучшении морфологии и качества пленки с помощью летучих добавок, эти добавки имеют тенденцию выходить из пленки после отжига, создавая пустоту на границе раздела перовскит-подложка.

Чтобы решить эти проблемы, исследователи CityU разработали простую, но эффективную стратегию модуляции роста перовскитной пленки для повышения качества пленки. Они обнаружили, что при добавлении многофункциональной молекулы (гидрохлорида 4-гуанидинобензойной кислоты (GBAC)) к предшественнику перовскита образуется промежуточная фаза с мостиковыми водородными связями, которая модулирует кристаллизацию для получения высококачественных перовскитных пленок с крупными кристаллическими зернами перовскита и когерентным ростом зерен снизу к поверхности. из фильма. Эта молекула также может служить эффективным связующим для пассивации дефектов (способ уменьшения плотности дефектов перовскитной пленки) в отожженной перовскитной пленке из-за ее нелетучести, что приводит к значительному снижению потерь на безызлучательную рекомбинацию и улучшению качества пленки.

Их эксперименты показали, что плотность дефектов перовскитных пленок может быть значительно снижена после введения GBAC. Эффективность преобразования энергии инвертированных (p-i-n) перовскитовых солнечных элементов на основе модифицированных перовскитов была повышена до 24,8% (24,5% сертифицировано Японской лабораторией электробезопасности и экологических технологий), что является одним из самых высоких значений, о которых сообщается в литературе. Кроме того, общие потери энергии устройства были снижены до 0,36 эВ, что представляет собой одни из самых низких потерь энергии среди устройств PVSC с высокой эффективностью преобразования мощности.

Кроме того, неинкапсулированные устройства демонстрируют улучшенную термостабильность в течение 1000 часов при непрерывном нагреве при температуре 65 ± 5°C в перчаточном ящике, заполненном азотом, при сохранении 98% первоначальной эффективности.

Команда продемонстрировала общую применимость этой стратегии для различных составов перовскита и устройств большой площади. Например, устройство большей площади (1 см2) в эксперименте обеспечило высокий PCE в 22,7% при использовании этой стратегии, что указывает на отличный потенциал для изготовления масштабируемых, высокоэффективных PVSC.

"Эта работа открывает четкий путь к достижению оптимального качества перовскитовой пленки, что облегчит разработку высокоэффективных и стабильных перовскитовых солнечных элементов и их масштабирование для практического применения", - сказал профессор Джен.

В будущем команда стремится к дальнейшему расширению молекулярных структур и оптимизации структуры устройства с помощью композиционной и межфазной инженерии. Они также будут сосредоточены на изготовлении устройств большой площади.

Результаты были опубликованы в научном журнале Природная фотоника под названием "Промежуточный продукт с мостиковыми водородными связями для перовскитных солнечных элементов с повышенной эффективностью и стабильностью".

Профессор Джен является автором-корреспондентом исследования. Соавторами являются мисс Ли Фэнчжу и доктор Дэн Сян из исследовательской группы профессора Джен. Среди других членов команды из CityU - доктор Чэнь Сянкай, доктор Цан Сай Вин, доктор Ян Чжэнбао, доктор Фрэнсис Линь и доктор Ву Шэнфань.

Исследование было поддержано CityU, Комиссией по инновациям и технологиям, Советом по исследовательским грантам, Фондом зеленых технологий Бюро охраны окружающей среды и экологии в Гонконге, Гуандунским крупным проектом фундаментальных и прикладных исследований и Совместной лабораторией оптоэлектронных и магнитных функциональных материалов Гуандун-Гонконг-Макао.