Дослідники Нанкінського університету запропонували спосіб наблизити перовскітну фотовольтаїку до промислового виробництва. Вони створили полімер PNCC, завдяки якому два важливі шари сонячного елемента можна формувати без захисної атмосфери інертного газу. При цьому виготовлені пристрої продемонстрували високу ефективність і стійкість у тривалих лабораторних випробуваннях.

Покриття, яке спрощує виробництво

Новий матеріал виконує роль шару, що переносить позитивні носії заряду — дірки. Від нього залежить не лише рух зарядів: він має рівномірно покривати основу, міцно триматися на ній і забезпечувати нанесення наступного, перовскітного шару без неоднорідностей.

Поширені матеріали мають свої обмеження. Полімер PTAA добре проводить заряд і створює рівну поверхню, однак його гідрофобність ускладнює подальше нанесення покриттів. Молекулярні моношари на основі PACz добре зчіплюються з підкладкою, але отримати суцільне рівномірне покриття складніше, особливо на текстурованому кремнії.

Щоб поєднати переваги обох підходів, дослідники використали тріариламінові ланки та PACz у молярному співвідношенні 3:1. Отриманий PNCC має потрібну провідність, адгезію та змочуваність.

Полімер і перовскітний шар завтовшки близько 800 нанометрів наносили методом лезового покриття у звичайному повітрі. Такий процес придатний для масштабування. Зменшення залежності від спеціальних камер із контрольованою атмосферою потенційно спрощує організацію безперервного виробництва та може знизити його вартість. Водночас робота не означає, що всі етапи виготовлення готової панелі вже обходяться без спеціальних умов.

Висока ефективність із перевіркою на витривалість

Найкращий одноперехідний перовскітний елемент досяг ККД 26,6%, а незалежна сертифікація підтвердила 26,5%. Контрольні зразки з PTAA та Me-4PACz показали відповідно 23,5% і 24,1%.

Поєднання перовскіту з кремнієм у тандемному елементі підняло ефективність до 33,3%, із сертифікованим результатом 33,0%. Середній показник для 18 пристроїв становив 32,0%. Це свідчить, що високий результат не обмежився одним найвдалішим зразком. Окремо команда продемонструвала модуль, виготовлений масштабованим способом, із ККД 23,2%. Тому ефективність тандемного зразка поки не варто переносити на майбутні серійні панелі для дахових електростанцій.

Випробування довговічності також дали обнадійливі результати. Перовскітний елемент зберіг 99,8% початкової ефективності після 1200 годин безперервного освітлення в повітрі за температури близько 40 °C. Після 1400 годин за 65 °C залишалося 95,1%, а після 1200 годин за 85 °C — 92,8%.

Герметизований тандемний елемент після 1140 годин безперервного освітлення за 65 °C зберіг 85% початкової ефективності. Отже, довговічність складнішої конструкції ще потребує вдосконалення.

Ці випробування не підтверджують десятиліть роботи на даху. Реальні панелі зазнають впливу вологи, морозу, ультрафіолету, механічних навантажень і постійних температурних коливань. Лабораторні години не можна безпосередньо перетворити на гарантований строк експлуатації.

Практична цінність розробки полягає в поєднанні високого ККД зі способом нанесення шарів, придатним для масштабування. Наступний виклик — зберегти ці переваги під час переходу до більших модулів і довести їхню надійність у реальних умовах.