На перовскитные солнечные элементы возлагаются большие надежды, поскольку они могут производиться по более низкой цене, чем кремниевые солнечные элементы. Тем не менее, перовскитные солнечные элементы с высокой эффективностью часто имеют плохую стабильность и небольшую площадь, обычно менее 0,1 см2. Поскольку такой небольшой размер устройства склонен к ошибкам измерения, обязательная минимальная площадь ячейки> 1 см2 требуется для регистрации сертифицированных PCE в стандартных «таблицах эффективности солнечных элементов», которые позволяют сравнивать конкурирующие технологии. Поэтому для практического использования перовскитных солнечных элементов актуально проведение исследований с использованием более крупных элементов и получение более надежных ФЭЭ.
Чтобы решить эти проблемы, исследовательская группа сначала заменила обычные органические материалы прочными неорганическими материалами для использования в слоях экстракции электронов и дырок. Поскольку эти слои, изготовленные из материалов неорганических оксидов металлов, обладают высоким электрическим сопротивлением, было необходимо уменьшить толщину слоев до нескольких нанометров (нм). Однако по мере увеличения площади этих тонких слоев также увеличивается количество дефектов, называемых точечными отверстиями, что приводит к уменьшению PCE. Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа увеличила электропроводность этих слоев более чем в 10 раз за счет сильного легирования как в электронных, так и в дырочных экстракционных слоях.
Таким образом, группа успешно создала слои, которые имеют меньше отверстий на больших площадях и применимы при толщинах от 10 до 20 нм. Используя эти слои, многократно достигали PCE 16% при использовании ячеек размером более 1 см2. Кроме того, использование неорганических материалов в слоях экстракции электронов и дырок способствовало контролю снижения PCE в пределах 10% даже после 1000 часов непрерывного воздействия солнечного света с интенсивностью 1 солнце, демонстрируя выдающуюся надежность.
Основываясь на этих результатах, группа стремится разработать более эффективный светопоглощающий материал, способный использовать большее количество солнечного света и точно контролировать интерфейсы в устройствах для достижения более высоких PCE и стабильности.Это исследование проводилось в рамках темы «Физика устройств сенсибилизированных красителями солнечных элементов» в исследовательской области «Креативные исследования для производства чистой энергии с использованием солнечной энергии (научный руководитель: Масафуми Ямагути, главный профессор Технологического института Toyota)» в рамках программы стратегических фундаментальных исследований (в частности, программа CREST), спонсируемые Японским агентством науки и технологий (JST).
Исследование было опубликовано в онлайн-версии журнала Science 29 октября 2015 года.