Ученые из Циндаоского института биоэнергетики и биопроцессных технологий (QIBEBT) в Китае совершили прорыв в разработке перовскитных солнечных элементов, решив давнюю проблему «скрытого интерфейса» – микроскопического слоя, скрытого глубоко внутри инвертированных перовскитных солнечных элементов.
«Скрытый интерфейс» – это область, где перовскитный слой соприкасается с подложкой или слоем переноса дырок. Эта зона традиционно была слабым местом технологии, поскольку электронные дефекты и микроскопические пустоты на этом уровне замедляют движение электронов и приводят к преждевременной деградации устройства.
Команда под руководством профессора Пан Шупина и доктора Сунь Сюхун разработала метод кристалл-сольватного предварительного затравливания. Эта техника использует специальные нанокристаллы в качестве шаблона для равномерного роста и «самозалечивания» во время производства.
«Мы разработали комплексный подход, который одновременно решает задачи регулирования кристаллизации и стабилизации интерфейса», – заявила доктор Сунь Сюхун, соавтор исследования.
Метод включает предварительное осаждение специально разработанных галогенидных нанокристаллов на подложки, обработанные самоорганизующимся монослоем. Эти низкоразмерные кристалл-сольватные затравки служат структурными шаблонами, обеспечивая высокоупорядоченную кристаллизацию снизу вверх.
Стержнеобразные CSV-нанокристаллы выполняют двойную функцию: улучшают смачиваемость гидрофобных поверхностей для равномерного покрытия и обеспечивают плотные центры нуклеации, ускоряющие рост кристаллов.
Ключевым нововведением стал эффект «отжига в ограниченной решетке», при котором медленное высвобождение захваченных молекул во время нагрева позволяет залечивать дефекты и реорганизовывать кристаллические зерна непосредственно на нижнем интерфейсе.
Исследователям удалось создать мини-модуль размером почти 50 см с каждой стороны, который показал эффективность преобразования энергии 23,15%. Потеря эффективности между небольшим тестовым элементом и крупным модулем составила менее 3% – значительное достижение для массового производства солнечных панелей.
Новый метод открывает путь к созданию высокопроизводительных крупномасштабных перовскитных солнечных модулей. Технология также может найти применение в производстве полупроводников и светоизлучающих устройств.