Сотрудники Лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ предложили инновационный подход к стабилизации перовскитных солнечных элементов – использование хлорида 2-меркаптоэтиламмония (сокр. MEACl) в качестве адаптивного пассиватора дефектов. В отличие от обычных добавок, MEACl способен не только подавлять исходные дефекты в перовскитном материале, но и динамически реагировать на образование продуктов распада перовскита в процессе эксплуатации. Это позволяет существенно увеличить долговечность и устойчивость устройств.
Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом (РНФ), опубликованы в международном высокорейтинговом журнале Journal of Energy Chemistry.
Одной из ключевых проблем перовскитных солнечных элементов является их низкая устойчивость к одновременному воздействию света, повышенной температуры, кислорода и влажности воздуха. Для поиска решений данной проблемы сотрудники лаборатории новых материалов для солнечной энергетики разработали специальное оборудование для ресурсных испытаний стабильности солнечных элементов в условиях, максимально приближенных к реальным условиям эксплуатации солнечных батарей на поверхности земли. Проводимые в лаборатории ресурсные испытания соответствуют самым высоким международным стандартам и способствуют получению статистически значимых данных о стабильности перовскитных солнечных элементов.
В данной опубликованной работе учёные показали, что введение небольших количеств MEACl (0.1–0.5 мол.%) в перовскитный материал приводит к значительному улучшению стабильности: в условиях одновременного непрерывного воздействия на инкапсулированные солнечные элементы симулятора солнечного света, температуры 85°С и окружающей атмосферы, устройства с добавлением MEACl демонстрируют стабильность в среднем в три раза выше по сравнению с контрольными образцами, а при температуре 65°C стабильность модифицированных солнечных элементов увеличивается в среднем в четыре раза и достигает почти 2000 часов.
«Мы объясняем эти улучшения не только подавлением дефектов на начальных этапах сборки устройств, но и адаптивным взаимодействием MEACl с различными продуктами распада перовскита. Это достигается благодаря обратимому окислительно-восстановительному переходу между S–H и S–S состояниями в молекуле MEACl, который позволяет пассиватору функционировать как активный посредник, реагирующий на появление в материале таких атомов и молекул, как свободные атомы йода (I⁰/I₂), металлический свинец (Pb⁰) и кислород. Данный механизм был экспериментально подтверждён комплексом спектроскопических и электрофизических методов анализа материалов и устройств, что дало глубокое понимание природы взаимодействия между MEACl и гибридным галогенидным перовскитом», – рассказывает автор работы и научный сотрудник лаборатории новых материалов для солнечной энергетики ФНМ МГУ Наталья Удалова.
Предложенный подход открывает новый путь к созданию устойчивых перовскитных солнечных элементов и других оптоэлектронных устройств на основе гибридных перовскитов, способных противостоять длительному воздействию внешних агрессивных факторов эксплуатации. Он демонстрирует, что динамические «адаптивные» пассиваторы дефектов, такие как хлорид 2-меркаптоэтиламмония, могут существенно расширить эксплуатационный ресурс перовскитных технологий.
«Наша работа показывает, что даже небольшое количество модификатора в составе перовскита может существенно повлиять на его долговечность. Понимание механизмов деградации и способов их подавления открывает возможности для создания более надёжных солнечных элементов нового поколения. Более того, MEACl в качестве модификатора перовскита имеет высокий потенциал для повышения радиационной устойчивости наших устройств, что мы планируем дополнительно исследовать в рамках нашего проекта», – отмечает заведующий лабораторией новых материалов для солнечной энергетики ФНМ МГУ Алексей Тарасов.
Работа выполнена при поддержке грантов РНФ № 22-73-00286 и № 25-63-00026.
Информация предоставлена пресс-службой МГУ
Источник фото: ru.123rf.com
