Průlom v solární energii: Perovskitové články si udržely 98 % účinnosti po 1200 hodinách v horku

Halidové perovskity jsou dlouho považovány za levnou alternativu křemíku v solárních článcích, ale jejich nestabilita omezovala jejich širší využití. Tým vědců z Rice University nyní představil způsob, jak výrazně zlepšit jejich odolnost při zachování vysokého výkonu.

Halidové perovskity jsou dlouho považovány za levnou alternativu křemíku v solárních článcích, ale jejich nestabilita omezovala jejich širší využití. Tým vědců z Rice University nyní představil způsob, jak výrazně zlepšit jejich odolnost při zachování vysokého výkonu. V laboratorních testech si upravené filmy udržely 98 % své účinnosti i po 1 200 hodinách při teplotě 90 °C (194 °F) v podmínkách zrychleného stárnutí.

Perovskity lze zpracovávat jako kapaliny nebo páry, což usnadňuje jejich výrobu ve srovnání s křemíkem. Jejich krystalická struktura se však může měnit na méně užitečnou formu, která světlo odráží místo toho, aby ho absorbovala. Vědci se proto zaměřili na pochopení nejen toho, jak se materiál tvoří, ale také jak se rozpadá.

K řešení nestability vědci přidali do prekurzorového roztoku dvourozměrný perovskit a formamidinium chlorid. Dvourozměrný perovskit slouží jako šablona pro růst krystalů, zatímco formamidinium chlorid reguluje krystalizaci. Tyto přísady vytvářejí v krystalové mřížce tlakové napětí, které stabilizuje takzvanou „černou fázi“, jež efektivně absorbuje sluneční světlo. Tato fáze je klíčová pro funkčnost solárního článku.

Formamidinium-založené perovskity často trpí strukturním nesouladem, což vede k nestabilitě. Zahřívání může tento problém dočasně vyřešit, ale struktura se po ochlazení obvykle vrací do původního stavu. Nový přístup se tomuto cyklu vyhýbá tím, že řídí uspořádaný růst krystalů a umožňuje postupnou krystalizaci. Vědci také zjistili, že chlor mění způsob degradace materiálu. Místo obvyklé nízkoenergetické cesty se materiál degraduje pomaleji, a to prostřednictvím energeticky náročnější cesty, která zcela obchází konvenční degradaci přes „žlutou fázi“.

Filmy s novými přísadami vykazují větší a lépe uspořádané krystaly, což snižuje slabá místa, kde degradace obvykle začíná. Pro testování odolnosti vyvinuli vědci vlastní zařízení, které jim umožňuje současně testovat až 100 zařízení, což výrazně urychluje výzkum.

Tyto výsledky by mohly podpořit širší využití perovskitů v tandemových solárních článcích, které v kombinaci s křemíkem mohou dosáhnout účinnosti přesahující 30 %. Studie byla publikována v prestižním časopise Science.