Органико-неорганические гибридные перовскиты являются привлекательными материалами для использования в солнечных элементах, поскольку их легко и дешево приготовить и они поглощают свет в широком диапазоне длин волн. Солнечные элементы, в которых в качестве фотоактивного материала используются слои перовскита, постоянно совершенствуются, с особым упором на их эффективность преобразования энергии (PCE), которая теперь может превышать 25%.
Однако сосредоточение внимания только на улучшении PCE может привести к тому, что исследователи упустят важные шаги вперед, которые могут возникнуть в результате более подробного понимания основных механизмов.
Например, вопрос о том, что вызывает ухудшение характеристик перовскитных солнечных элементов, является важным, на который не дан исчерпывающий ответ.
Известно, что внешние факторы, такие как кислород и влажность воздуха, ухудшают состояние слоев перовскита. Однако внутренние изменения, влияющие на работу ячеек, не так хорошо изучены. Поэтому исследователи исследовали механизм разрушения с помощью спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).
«Мы провели спектроскопию ЭПР на перовскитных солнечных элементах, пока они использовались, что дало нам картину изменений на молекулярном уровне в реальном времени», – объясняет автор исследования профессор Казухиро Марумото. «В частности, мы наблюдали заряды и дефекты, а также связанные с ними спиновые состояния в слоях солнечных элементов, в то время как измерялись вольт-амперные характеристики солнечных элементов. Это позволило нам понять взаимосвязь между этими факторами."
Это глубокое исследование работающих перовскитных солнечных элементов показало, что изменения в спиновых состояниях являются результатом изменений переноса дырок, а также образования межфазных электродипольных слоев.
Таким образом, был сделан вывод, что разрушение ячейки можно предотвратить, улучшив подвижность заряда в материале для переноса дырок и предотвратив образование электрического дипольного слоя.
«Установление того, что изменения в спиновых состояниях коррелируют с производительностью устройства, значительно расширило наше понимание перовскитных солнечных элементов», – говорит профессор Марумото. «Мы надеемся, что наши выводы станут новой ценной отправной точкой для непрерывного развития солнечных элементов и помогут ускорить внедрение рентабельной зеленой энергии."