Международный коллектив исследователей из Московского университета и Пекинского политеха в рамках совместного проекта предложили оригинальный путь улучшения стабильности и коэффициента полезного действия нового поколения солнечных элементов на основе гибридных органо - неорганических перовскитов, основанный на создании гидрофобного барьера внутри фотоэлектрического преобразователя.
Авторы разработки - профессор Ки Чен и его коллеги, разрабатывающий новые оптоэлектронные устройства в ключевой лаборатории нанофотоники и оптоэлектронных систем Пекинского политехнического университета (Qi Сhen, Beijing Key Laboratory of Nanophotonics and Ultrafine Optoelectronic Systems, School of Materials Science & Engineering, Beijing Institute of Technology, 5 Zhongguancun South Street, Haidian District, Beijing, P. R. China). В своей последней статье (Temporal and spatial pinhole constraints in small-molecule hole transport layers for stable and efficient perovskite photovoltaics) исследователи сфокусировались на поведении важной составляющей новых солнечных элементов - органического дырочно - проводящего слоя, который улучшает процесс разделения зараядов (дырка - электрон) в фотоэлементе, генерирующихся в светопоглощающем слое солнечной батареи за счет фотоэффекта.
Как указывают исследователи, относительно небольшие органические молекулы, в качестве которых очень часто используется Spiro-OMeTAD (см. рис.), представляют собой основной компонент типичного органического дырочно - проводящего слоя солнечных перовскитных батарей. К сожалению, этот компонент становится эффективным, если он "легирован" специальными добавками, которые часто являются гигроскопичными. Последнее может привести, и часто приводит, к агрегации и расслоению вещества слоя под действием внешних факторов и факторов окружающей среды, что приводит в большой шероховатости слоя и даже к образованию сквозных микроотверстий, которые резко снижают эффективность работы всего устройства в целом. Где тонко, там и рвется.
Исследователи предложили вводить дополнительный компонент - гидрофобный полимер поли(4-винилпиридин), который создает гидрофобный барьер, делает слой более гладким, предотвращает проникновение воды и формирование микроотверстий. В результате происходит существенное улучшение долговременной стабильности солнечных ячеек, которые после такой модификации сохраняют до 80% их исходной эффективности на протяжении более 6000 часов на воздухе. Предполагается, что дополнительным эффектом введения этого известного полимера является координация ионов свинца в перовските на интерфейсе и рост эффективности до 20,6%.
Работа подготовлена в рамках проекта РФФИ ГФЕН "«Новые подходы по повышению стабильности галогенидных перовскитов для фотовольтаики и оптоэлектроники»" (№ 19-53-53028).
