Основная проблема перовскитового месторождения — не столько эффективность, сколько стабильность. В отличие от кремниевых элементов, перовскиты — это мягкие кристаллические материалы, которые подвержены проблемам из-за разложения с течением времени. В коммерческом контексте это ставит перовскиты по более высокой цене, чем обычные кремниевые элементы.Поэтому было предпринято много усилий по синтезу перовскитных материалов, которые могут сохранять высокую эффективность с течением времени.
Это достигается путем введения различных катионов (положительно заряженных ионов) в кристаллическую структуру перовскита. Хотя сообщалось об успехе при смешивании неорганических катионов, таких как цезий или рубидий, в перовскитную композицию, эти решения, как правило, трудны и дороги в реализации.Между тем, до сих пор не обнаружено никаких органических — и более простых для синтеза — катионов, которые могут повысить как эффективность, так и стабильность.
Теперь лаборатория Мохаммада Хаджи Назируддина в EPFL Valais Wallis вместе с коллегами из Кордовского университета обнаружили, что они могут улучшить стабильность перовскита, введя большой органический катион гуанидиния (CH6N3 +) в перовскиты иодида свинца метиламмония, которые являются одними из самых распространенных. многообещающие альтернативы в группе сегодня.Ученые показывают, что катион гуанидиния внедряется в кристаллическую структуру перовскита и увеличивает общую термическую стабильность материала и устойчивость к окружающей среде, преодолевая то, что известно в данной области как «предел допустимого коэффициента Гольдшмидта». Это показатель стабильности кристалла перовскита, который описывает, насколько совместим с ним конкретный ион. Идеальный коэффициент допуска Гольдшмидта должен быть меньше или равен 1; гуанидиния составляет всего 1,03.
Исследование показало, что добавление гуанидиния значительно улучшило стабильность материала перовскита, обеспечивая при этом средний КПД преобразования энергии более 19% (19,2 ± 0,4%) и стабилизируя эти характеристики в течение 1000 часов при непрерывном освещении, что является стандартным лабораторным испытанием. для измерения эффективности фотоэлектрических материалов. По оценкам ученых, это соответствует 1333 дням (или 3,7 года) реального использования — это основано на стандартных критериях, используемых в этой области.Профессор Назируддин объясняет: «Принимая стандартный коэффициент ускорения, равный 2 на каждые десять градусов повышения температуры, коэффициент ускорения, равный 8, оценивается для 55 ° C по сравнению с 25 ° C. Следовательно, 1000 часов при 55 ° C эквиваленте будут 8000 часов. Наши клетки были подвергнуты воздействию температуры 60 ° C, поэтому цифры могут быть еще больше.
Предполагая, что эквивалентно 6 часам полного солнечного света в день или средней освещенности 250 Вт · м-2 (эквивалентно Северной Африке), общее количество дней составляет 1333 , составляет 44,4 месяца и 3,7 года стабильности. Однако для стандартной аккредитации солнечных элементов также требуется серия стресс-тестов, включая циклическое изменение температуры и влажное тепло ».«Это фундаментальный шаг в области перовскитового месторождения», — говорит Назируддин. «Он предлагает новую парадигму в дизайне перовскита, поскольку дальнейшие исследования за пределами предельного коэффициента допуска могут преобладать для катионных смесей, сохраняя при этом трехмерную структуру с улучшенной стабильностью за счет увеличения количества Н-связей в неорганическом каркасе — проблема, с которой мы сейчас решаемся. к решению ".