Международная группа исследователей на базе Университета Торонто в Канаде разработала полностью перовскитовый солнечный элемент с тройным переходом, который демонстрирует улучшенную однородность галогенидной перовскитной пленки. При его разработке ученые использовали специальную соль, йодид пропан-1,3-диаммония, которая способствовала гомогенизации. Ячейка площадью 0,049 кв. см показала эффективность преобразования мощности 25,1%, достигла напряжения холостого хода 3,33 В, а также смогла сохранить 80 % своей первоначальной эффективности после 200 часов непрерывного отслеживания точки максимальной мощности.
Ученые представили новую стратегию для улучшения качества пленки и повышения эффективности солнечных элементов с тройным переходом, полностью состоящих из перовскитовых материалов. Эта стратегия разработана с целью преодоления распространенной проблемы, связанной с увеличенным смещением зон, отвечающих за перенос заряда, и повышенной плотностью дефектов в перовскитных поглотителях с широкой запрещенной зоной. Все это снижает эффективность таких устройств по сравнению с устройствами с одинарным или двойным переходом.
Этот метод нацелен на создание равномерного и стабильного соединения между двумя основными слоями солнечной батареи — перовскитным поглотителем и слоем транспорта дырок. Для достижения этого используется специальная соль, йодид пропан-1,3-диаммония (PDA), которая добавляется в процессе формирования пленки. Эта соль помогает улучшить взаимодействие между материалами, что в свою очередь улучшает производительность солнечных батарей.
Ячейка обладает площадью 0,049 кв.см и перевернутой конфигурацией. В таких ячейках дырочно-селективный контакт находится внизу слоя перовскита, а слой транспорта электронов — сверху. Эта инвертированная структура называется «штифт».
Устройство состоит из стеклянной основы и множества слоев: прозрачный задний контакт из легированного водородом оксида индия, слои транспорта дырок из оксида никеля (II), три поглотителя разной ширины запрещенной зоны, буферные слои из оксида олова и металлические контакты на основе золота и серебра. Энергетическая ширина запрещенной зоны трех поглотителей составляет 1,97 эВ, 1,61 эВ и 1,25 эВ соответственно.
Исследователи заявили, что йодид пропан-1,3-диаммония оказался полезным при взаимодействии с предшествующими материалами перовскита и замедлении формирования перовскитных пленок во время центрифугирования. Это привело к замедленной кристаллизации пленок, а это означает, что они образовывались более структурно однородно. Катионы PDA тесно связывается с границами между разными частями перовскита, что дает больше времени для взаимодействия различных химических компонентов. Это помогает получить более равномерные перовскитные пленки.
При испытаниях в стандартных условиях освещения устройство с тройным переходом показало эффективность преобразования мощности 25,1 %, напряжение холостого хода 3,33 В, ток короткого замыкания 9,7 мА кв. см и коэффициент заполнения 0,78. Устройство также смогло сохранить 80% своей первоначальной эффективности после 200 часов непрерывного отслеживания точки максимальной мощности (MPPT). Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США сертифицировала эффективность устройства на уровне 23,87 % с использованием протокола асимптотического сканирования максимальной мощности.
