Ученые из Китая, России и Южной Кореи нашли способ стабилизировать перовскитные солнечные батареи с помощью органической молекулы, которая действует как «замок». Это позволило достичь рекордного КПД 27,6% и высокой стабильности, приближая технологию к коммерческому внедрению.
Перовскитные солнечные батареи на основе йодоплюмбата формамидиния (FAPbI₃) — один из самых перспективных материалов для солнечной энергетики. Они почти так же эффективны, как кремниевые панели, но дешевле в производстве. Однако их главная проблема — нестабильность: при комнатной температуре рабочая фаза материала самопроизвольно превращается в бесполезную, что разрушает батарею.
Ученые из Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук (ФИЦ ПХФ и МХ РАН) вместе с коллегами из Китая и Южной Кореи предложили использовать органическое соединение 3-ПМПХ, которое действует как «молекулярный замок», фиксируя структуру.
Молекулы 3-ПМПХ концентрируются на границах зерен перовскитной пленки и связываются с ионами свинца, создавая эффект «сшивки». Это подавляет вредные деформации решетки. При этом «замок» не блокирует движение ионов полностью, а упорядочивает их вращение, увеличивая полезную энтропию и повышая энергетический барьер фазового перехода. В результате α-фаза становится кинетически стабильной.
Результат превзошел ожидания: в лабораторных условиях элементы достигли сертифицированной эффективности 27,6% для чисто формиамидиниевой системы и 27,4% для системы с добавлением цезия — это мировой рекорд. При тестах на долговечность при 85°C и влажности 85% устройства сохранили 95,7% производительности за 1150 часов. Пленки не содержали примесей «балластной» фазы после 860 часов при комнатной температуре и 200 часов нагрева до 85°C, а также оставались стабильны 40 дней на воздухе.
Правда, рекордная эффективность достигалась с серебряным электродом, который сам нестабилен. Замена на висмутовый снизила КПД до 26,8%, но стабильность стала эталонной: после 1011 часов работы при высокой температуре и освещении батарея сохранила 93% мощности.
В дальнейшем ученые планируют совместить рекордную эффективность с еще более высокой стабильностью. Результаты опубликованы в журнале Science.
Ранее Наука Mail писала о том, что российские ученые разработали технологию, которая продлевает срок службы солнечных батарей.