Значний прорив! Доведено, що хлор повністю змінює продуктивність сонячних елементів

Оскільки наше розуміння перовскітних сонячних елементів поглиблюється, вчені все глибше вивчають матеріали, щоб спостерігати за їхньою структурою, тим, як через них протікають електрони, і будь-якими перешкодами, що обмежують продуктивність.

Було показано, що дефекти в матеріалах, особливо на кордонах між зернами, спричиняють проблеми, що призводять до швидкої деградації структури під впливом УФ-променів або вологи. Серед багатьох методів, запропонованих для вирішення цієї проблеми, батареї, леговані хлором, продемонстрували значні покращення.

Проте вчені наполегливо працювали над тим, щоб пояснити, чому хлор викликає такі ефекти, чи він все ще існує в матеріалі після осадження. Це відправна точка для групи вчених під керівництвом Окінавського інституту науки і технологій (OIST). «Дослідницьке співтовариство не знає, чому вони бачать ці покращення», — пояснив науковець OIST Афшан Джамшайд. «Після додавання дослідники не можуть відстежувати хлор — вони не можуть визначити, чи проникає хлор у матеріал перовскіту, залишається на поверхні чи навіть залишає матеріал під час виробничого процесу».

Щоб дати чітку відповідь, Джамшайд і команда почали виготовляти леговані хлором перовскітові сонячні плівки та досліджувати їх структуру на атомному рівні, щоб підтвердити наявність хлору. Використовуючи техніку візуалізації під назвою скануюча тунельна мікроскопія, вони спостерігали темні ямки на поверхні тонкої плівки, яких не було у зразках без легування хлором.

Було підтверджено, що більш темні плями на поверхні плівки є атомами хлору.

Потім вони змогли обчислити (за допомогою співробітників з Університету Сучжоу в Китаї), що ці чорні плями були заміщеними хлором йодними плямами в структурі перовскіту. Через наявність більшої кількості хлору на межах зерен, тепер вони підозрюють, що хлор може допомогти зменшити кількість поверхневих дефектів у матеріалі та підвищити його стабільність. Їхня робота була повністю описана в статті, опублікованій в Energy and Environmental Science під назвою «Atomic scale Insights on Enhancing the Surface Stable of Methylammonium Lead Iodide Perovskite through Controlled Deposition of Lead Chloride».

Група також експериментувала з різним часом осадження, щоб змінити кінцеву концентрацію хлору в матеріалі. Завдяки цьому вони можуть стверджувати, що 14,8% являє собою ідеальну поверхневу концентрацію хлору для підвищення стабільності. Будь-які менші покращення не будуть настільки значними, а більший вміст хлору почне повністю змінювати інші властивості перовскіту.

Вони планують продовжити дослідження того, як хлор можна використовувати як допінг для перовскіту, і наступним кроком стане створення повністю працездатної сонячної батареї на основі легованих хлором перовскітових шарів. «Такі фундаментальні дослідження дуже важливі — вони допомагають інженерам обладнання визначити оптимальний виробничий процес без необхідності надмірних проб і помилок», — сказав Джамшайд. «Розуміючи, як добавки можуть покращувати матеріали, це також може допомогти нам у пошуку нових хімічних сумішей, які можуть мати кращий ефект».