Тонкие слои металлоорганических перовскитов могут наноситься на большой площади, например, центробежным методом распыления раствора перовскита и последующего нагрева. Однако, как правило, идеальные тонкие слои при этом не возникают, и вся перовскитная пленка образуется с многочисленными дырами. Проблема состоит в том, что эти дыры могут вызвать короткое замыкание в фотоэлементе, вступая в контакт с соседними слоями, нанесенными на фотоэлемент. Фактически это должно было бы значительно снизить эффективность, чего исследователи тем не менее пока еще не могли наблюдать.
Почему так происходит, обнаружил Маркус Бэр и его исследовательская группа из Центра Гельмгольца в Берлине (HZB) вместе с исследователями из Института Фрица Хабера. В поисках причин они внимательно изучили образцы, полученные группой пионера перовскитных фотоэлементов Генри Снайта из Оксфордского университета — у этих также обнаружены эти дыры. На первом этапе ученые морфологически отобразили поверхность с помощью сканирующей электронной микроскопии. Затем на участках с дырами они проанализировали химический состав методами спектроскопического анализа на Bessy II. Ускоритель частиц обеспечил необходимый высококачественный рентгеновский свет для спектроскопических исследований на перовскитных образцах.
«Мы смогли показать, что даже в самих дырах подложка на самом деле не не остается непокрытой, потому что там в результате осаждения и кристаллизации образуется тонкий слой, что, очевидно, предотвращает короткое замыкание», — объясняет аспирант Клаудиа Хартманн. При этом энергетический барьер, который нужно было бы преодолеть носителям заряда, остается относительно высоким. «Электронный переходный слой TiO2 и переходный материал для положительных носителей заряда Spiro-MeOTAD не могут вступить в прямой контакт. Кроме того, рекомбинационный барьер между контактными слоями достаточно велик, так что, несмотря на множество дыр в тонком слое перовскита, потери в таких фотоэлементах низкие», — говорит Маркус Бэр.
Согласно данным HZB, металлоорганические перовскитные фотоэлементы увеличили свою эффективность с чуть более 2% в 2006 году до более 22% к настоящему времени. На этот рост эффективности для существующих в настоящее время доминирующих на рынке кремниевых фотоэлементов потребовалось более 50 лет.
Несколько дней назад компания, специализирующаяся на перовскитах, Oxford Photovoltaics, объявила о сотрудничестве с Берлинским институтом. Компания намерена использовать ноу-хау исследовательского центра в области технологии производства фотоэлементов с кремниевыми гетеропереходами на пути к серийному производству тандемных перовскитно-кремниевых фотоэлементов. «Результаты нынешнего исследования обеспечивают первое предвкусие от такого рода поддержки, на которую Оксфорд PV может рассчитывать при сотрудничестве с HZB», — сказал Маркус Бэр в ответ на запрос журнала pv magazine. В самом институте несколько команд занимаются исследованиями перовскитов, в том числе и группа под руководством Маркуса Бэра.
Результаты опубликованы в Advanced Materials Interfaces (2018).
Источник: https://www.pv-magazine.de/2018/01/17/perowskit-trotz-loecher-hohe-wirkungsgrade/