Рідкий шар при 100°C допоміг виростити майже бездефектні перовскіти для сонячних панелей і LED
Міжнародна група дослідників застосувала летку евтектичну суміш, щоб змусити кристали перовскіту укрупнюватися прямо під час нагрівання тонкої плівки, і отримала сонячний елемент з ККД 26,5% та світлодіод із зовнішньою квантовою ефективністю 26,1% на одній архітектурі пристрою.
Дослідники під керівництвом професора Сон Сік Шина з Інституту нанотехнологій SAINT Університету Сонгюнгван (SKKU) спільно з колегами з KRICT, Каліфорнійського університету в Сан-Дієго та Прінстонського університету створили перовскітну напівпровідникову плівку з різко зниженою кількістю дефектів. На одній і тій самій структурі вдалося побудувати і сонячний елемент із сертифікованою ефективністю 25,9%, і світлодіод із зовнішньою квантовою ефективністю 26,1%, повідомляє Phys.org.
Ключем до результату став евтектичний ефект: коли змішали метиламоній хлорид (MACl) і галогенід цинку (ZnX₂), температура плавлення суміші виявилася значно нижчою, ніж у кожного компонента окремо. Під час м’якого нагрівання перовскітної плівки приблизно до 100°C суміш на межах зерен перетворювалася на тонкий рідкий шар. У рідині атоми дифундують приблизно в 10 000 разів швидше, ніж у твердому тілі, тому дрібні кристалічні зерна швидко зливалися й укрупнювалися в чистіші кристали. MACl згодом випаровувався під час термічного відпалу, а цинк залишався на межах зерен і допомагав придушувати дефекти.
Отримані плівки показали рекордні для перовскітів характеристики. Час життя носіїв заряду сягнув близько 295 мкс, а швидкість поверхневої рекомбінації (втрати носіїв через дефекти поверхні) знизили до 0,3 см/с. Це найнижче значення, зареєстроване для свинцево-галогенідних перовскітів, порівнянне з найкращими показниками пасивованого кремнію.
Сонячний елемент на новій плівці досяг ефективності перетворення енергії 26,5% (сертифіковано 25,9%) і напруги холостого ходу 1,208 В, сертифікований рекорд для комірок з архітектурою n-i-p. «Ми знизили швидкість поверхневої рекомбінації до 0,3 см/с, найнижчого показника для перовскітних тонких плівок, і показали, що рідинна обробка здатна дати якість поверхні, порівнянну з кремнієм», пояснив доктор Сонсік Нам, один із перших авторів дослідження.
Професор Шин наголосив, що метод уперше використовує летку евтектичну суміш для фундаментального зменшення дефектів у перовскітах і не потребує дорогого спеціалізованого обладнання. Автори вважають, що підхід можна буде застосовувати не лише в дисплеях і фотодетекторах, а й у ширшій галузі матеріалознавства. Результати опубліковані в журналі Science.
Джерела
- Phys.org: Liquid-assisted crystal growth cuts perovskite defects for efficient solar cells and LEDs
Фото: andreas160578, Pixabay (Pixabay Content License)