Кристаллосольватный метод преодолел барьер масштабирования инвертированных перовскитных солнечных элементов

Однако долгое время производительность и долгосрочная стабильность инвертированных PSC сдерживались нерегулируемой микроструктурой и электронными дефектами на критически важной нижней границе раздела, где перовскитный слой контактирует со слоем транспорта дырок. Эта область известна как скрытый интерфейс.

Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа из Циндаоского института биоэнергетики и биопроцессинга Академии наук Китая разработала метод кристаллосольватного предварительного затравливания. Этот подход позволяет точно регулировать нижний интерфейс, открывая путь к созданию высокоэффективных крупноформатных перовскитных фотоэлектрических модулей. Метод заключается в предварительном нанесении специально разработанных низкоразмерных кристаллосольватных затравок на модифицированные самоорганизующимися монослоями подложки, которые служат структурным шаблоном для последующего роста кристаллов перовскита.

Анизотропные стержнеобразные кристаллосольватные нанокристаллы значительно улучшают смачиваемость гидрофобной поверхности, обеспечивая равномерное растекание раствора предшественника перовскита. В процессе кристаллизации эти затравки выступают в роли многочисленных центров гетерогенного зарождения, ускоряя формирование кристаллов перовскита. Ключевая инновация стратегии заключается в молекулах растворителя, заблокированных внутри структуры кристаллосольвата, которые при термообработке высвобождаются контролируемым образом, создавая мягкую атмосферу растворителя, способствующую перестройке зёрен и росту кристаллов.

Новая технология устраняет пустоты на интерфейсе и сглаживает канавки на границах зёрен, формируя плотную высокоориентированную область перовскитной пленки с улучшенными электронными свойствами и фототермической стабильностью. Интеграция этого метода с технологией нанесения методом щелевой экструзии позволила успешно создать перовскитный солнечный мини-модуль площадью 49,91 см² с высокой эффективностью преобразования энергии 23,15%, при этом потеря эффективности по сравнению с ячейками малой площади составила менее 3%.

Эта технология преодолевает давнее препятствие в виде сложности масштабирования, вызванной размерными эффектами, за счёт сочетания индуцированной кристаллизации и восстановления скрытого интерфейса. Помимо прямого применения в перовскитной фотовольтаике, концепция кристаллосольватного предварительного затравливания создаёт универсальную материальную платформу. Настраивая органические катионы и молекулы растворителя, можно создать библиотеку различных материалов, открывая новую парадигму для инженерии интерфейсов в перовскитной фотовольтаике и других оптоэлектронных устройствах на основе полупроводников с мягкой решёткой.