Przełom w stabilności ogniw tandemowych
Naukowcy opracowali nową metodę stabilizacji perowskitów o szerokiej przerwie energetycznej (WBG), co stanowi kluczowy krok w rozwoju wydajnych ogniw fotowoltaicznych typu tandem. Dotychczasowe materiały tego typu borykały się z problemem segregacji faz, która zachodziła już na etapie formowania cienkich warstw. Zjawisko to wynika z asymetrycznego procesu nukleacji, w którym fazy bogate w brom (PbBrx) krystalizują znacznie szybciej niż te bogate w jod (PbIx), prowadząc do powstawania niejednorodnych struktur.
Selektywna koordynacja jako klucz do sukcesu
Dotychczasowe próby homogenizacji materiałów opierały się na modulacji jonów ołowiu (Pb2+), jednak podejście to było zbyt ogólne i nie rozwiązywało problemu różnej szybkości nukleacji poszczególnych faz. Zespół badawczy wprowadził nowatorską zasadę selektywnej koordynacji. Poprzez zastosowanie dipola molekularnego, naukowcy precyzyjnie dostroili twardość lokalnej zasady Lewisa przy atomie donorowym.
Dzięki ograniczeniu polaryzowalności elektronów zewnętrznych atomu tlenu, stał się on „twardszy”, co pozwoliło mu na preferencyjne wiązanie się z „twardszymi” jonami ołowiu w fazie PbBrx. W efekcie proces nukleacji faz bogatych w brom został celowo spowolniony, co pozwoliło na zsynchronizowanie go z krystalizacją faz bogatych w jod. Wynikiem tego procesu są kompozycyjnie jednorodne warstwy WBG.
Wydajność i trwałość w praktyce
Zastosowanie tak przygotowanych warstw pozwoliło na stworzenie ogniw o różnych szerokościach przerwy energetycznej, które wykazują znacznie wyższą sprawność oraz stabilność operacyjną. Testy wykazały, że ogniwa zachowują swoje parametry przez 1500 godzin pracy w warunkach pełnego nasłonecznienia i temperatury 65 stopni Celsjusza.
W połączeniu z organicznymi ogniwami czułymi na promieniowanie podczerwone, perowskity te pozwoliły na budowę ogniw tandemowych o certyfikowanej sprawności na poziomie 27,0% (przy sprawności w stanie ustalonym wynoszącej 26,4%). Takie układy charakteryzują się również wysoką trwałością, osiągając 1000 godzin pracy w wymagających testach stabilności termicznej.
Dla zainteresowanych dostępem do pełnej dokumentacji badań, wydawca oferuje różne opcje subskrypcji. Dostęp do pojedynczego artykułu w serwisie naukowym kosztuje od około 8 zł do 160 zł, w zależności od wybranej opcji zakupu. Dostępne są również pakiety subskrypcyjne, takie jak miesięczny dostęp do czasopisma w cenie około 120 zł lub roczna prenumerata obejmująca 52 wydania drukowane oraz dostęp online za około 845 zł.