На шляху до безсвинцевих і стабільних перовскітових сонячних елементів - Гельмгольц-Центр, Берлін (HZB)
Найкращі перовскітові сонячні елементи надзвичайно ефективні, але містять токсичний свинець. Наразі безсвинцеві перовскітові сонячні елементи досягли лише низького рівня ефективності, який також швидко зменшується. Нова робота міжнародної кооперації тепер показує, наскільки стабільними можуть бути перовскітні шари, що містять олово замість свинцю. Органічні сполуки захищають олово від окислення та забезпечують стабільність.
Серед нових матеріалів для сонячних елементів особливо перспективними вважаються галогенідні перовскіти. Протягом кількох років ефективність таких перовскітових сонячних елементів зросла з кількох відсотків до понад 25%. На жаль, найкращі перовскітові сонячні елементи містять токсичний свинець, який становить небезпеку для навколишнього середовища. Однак замінити свинець менш токсичними елементами напрочуд важко. Однією з найкращих альтернатив є олово. Галогенідні перовскіти з оловом замість свинцю повинні мати відмінні оптичні властивості, але на практиці їх ефективність є посередньою і швидко погіршується. І це швидке «старіння» є його головним недоліком: катіони олова в структурі перовскіту дуже швидко реагують з киснем із навколишнього середовища, завдяки чому їх ефективність знижується.
Зараз міжнародне співробітництво під керівництвом Антоніо Абате, HZB, і Чжао-Куй Ван, Інституту функціональних нано- та м'яких матеріалів (FUNSOM), Університет Сучжоу, Китай, досягло прориву, який відкриває шлях для використання нетоксичних сонячних елементів на основі перовскіту які забезпечують стабільну роботу протягом тривалого періоду часу. Вони також використовують олово замість свинцю, але створили двовимірну структуру, вставляючи в матеріал органічні групи, що призводить до так званих 2D фаз Реддслдена Поппера.
"Ми використовуємо фенілетиламмоній хлорид (PEACl) як добавку до шарів перовскіту. Потім ми проводимо термічну обробку, поки молекули PEACl мігрують у шар перовскіту. Це призводить до вертикально впорядкованих стосів двовимірних кристалів перовскіту", - пояснює перший автор Dr. Мен Лі Лі - докторант групи Абате і організував тісну співпрацю з китайськими партнерами. У Шанхайському установці синхротронного випромінювання (SSRF) вони змогли проаналізувати морфологію та кристалічні властивості перовскітних плівок після різних обробок відпалу.
Найкращі з цих безсвинцевих перовскітових сонячних елементів досягли ефективності 9,1 відсотка та високих значень стабільності як в денні умови, так і в темряві. Молекули PEACl накопичуються між кристалічними шарами перовскіту в результаті термічної обробки і утворюють бар'єр, який запобігає окисленню катіонів олова. "Ця робота відкриває шлях до більш ефективних і стабільних безсвинцевих перовскітних сонячних елементів", - переконаний Абате.