Перовскитовите фотоелементи обещават да станат по-евтини и по-ефективни от силициевите, но масовото им производство се сблъсква с проблема за нанасянето на ултратънки самосглобяващи се монослоеве върху големи площи. Китайски учени намериха решение: те добавиха специална PMP молекула, която потиска дефектите в слоевете и позволява нанасянето им чрез метод, подходящ за ролково производство. В резултат на това тези малки елементи достигнаха КПД от 26,60%, като същевременно запазиха отлична дълготрайност.

Самосглобяващите се монослоеве са ултратънки органични филми с дебелина колкото една молекула, които се нанасят върху повърхността на електрода и служат като „селективни“ слоеве за дупки Те пропускат положителните заряди (дупките) и блокират електронитe, подобрявайки ефективността на слънчевия елемент. Те изискват много малко материал и осигуряват висок КПД, но са склонни към агрегация, или слепване в разтвора. Образуващите се бучки при нанасянето водят до нехомогенна повърхност, особено забележима при елементи с голяма площ.

Изследователите от Института по биоенергетика в Циндао и Университета по наука и технология в Циндао са въвели в състава на разтвора молекулата PMP, разклонена структура с четири тиолни групи. PMP образува водородни връзки с основната молекула SAM (Me-4P), които „разпръскват“ агрегатите и подобряват диспергирането. В резултат на това при разрезно нанасяне разтворът се разстила по-равномерно, а самоорганизиращият се слой става плътен и хомогенен. Освен това част от тиолните групи на PMP остават върху повърхността на филма, което я прави хидрофилна, и перовскитният разтвор по-добре овлажнява тази повърхност, кристализирайки се по-равномерно.

Освен това добавката на PMP намалява остатъчните механични напрежения на границата между слоевете, подобри адхезията и пасивира дефектите. Това води до по-добра структурна и електронна кристализация на перовскитните филми. По същество интерфейсът между слоевете стана „по-спокоен“ и по-уреден, което намали рекомбинацията на зарядите и повиши напрежението на празен ход.

Преодоляване на физическите бариери пред перовскита

Тестовете на фотоелементи с площ около 0,1 cm² показаха КПД 26,60% (сертифицирана ефективност 26,23%). Това е един от най-добрите показатели за перовскитни елементи от този тип. При увеличаване на площта до 20,9 cm² ефективността спадна само до 23,31%, което свидетелства за добра мащабируемост.

Освен това новите устройства показаха впечатляваща стабилност: 96% от първоначалния коефициент на полезно действие след 1000 часа непрекъсната работа при стандартно непрекъснато осветяване и 91% след 1000 часа термично стареене при 85 °C. Това ги поставя в една редица с най-дълготрайните перовскитни елементи, пише Techxplore.

Новата технология за нанасяне на слоеве проправя пътя към производството на големи модули в ролкови линии, което е от решаващо значение за комерсиализацията на перовскитната фотоволтаика. Този успех е ясен знак, че възобновяемата енергия навлиза в нов етап, в който високата ефективност вече няма да бъде за сметка на високите производствени разходи.