Naukowcy z Sophia University i Narodowego Instytutu Materiałoznawstwa (NIMS) w Japonii opracowali nową strategię poprawiającą wydajność i trwałość ogniw słonecznych na bazie cyny, przybliżając tę technologię do komercyjnego zastosowania. Badanie, opublikowane w czasopiśmie Solar RRL (tom 10, wydanie 11, 15 czerwca 2026), koncentruje się na dodaniu cząsteczki 2-aminobenzotiazolu (2-ABZ) do quasi-dwuwymiarowych (q-2D) perowskitów cyny typu Ruddlesdena-Poppera.
Wielofunkcyjny stabilizator
Jak wyjaśniają badacze, 2-ABZ, heteroatomowa cząsteczka zawierająca azot, węgiel, siarkę i wodór, działa jako wielofunkcyjny stabilizator w całej architekturze urządzenia. W przeciwieństwie do wielu dodatków, które celują w pojedynczy mechanizm degradacji, 2-ABZ pełni kilka komplementarnych funkcji podczas formowania i pracy warstwy perowskitowej. Reguluje krystalizację, zmniejsza powstawanie pułapek, zapobiega migracji jonów, hamuje utlenianie cyny i poprawia wyrównanie energii na granicach międzywarstwowych.
Profesor Yuko Takeoka z Wydziału Nauki i Technologii Sophia University podkreśla, że nagromadzenie 2-ABZ na granicy międzywarstwowej jest kluczowe dla zmniejszenia defektów w warstwie perowskitu. Dodatek tworzy gęsto zaludnione miejsca nukleacji u podstawy warstwy, co prowadzi do wytworzenia wysokiej jakości i stabilnego filmu.
Wyniki testów stabilności
Analizy powierzchniowe wykazały, że 2-ABZ hamuje utlenianie jonów Sn2+ do Sn4+, co jest główną ścieżką degradacji perowskitów cynowych. Spektroskopia fotoelektronów rentgenowskich (XPS) ujawniła również znaczną redukcję utlenionych form jodu, a spektrometria mas jonów wtórnych (TOF-SIMS) potwierdziła, że migracja jonów jodkowych jest silnie ograniczona.
Długoterminowe testy wykazały, że niehermetyzowane ogniwa z dodatkiem 2-ABZ zachowały 84,94% swojej początkowej wydajności po 100 dniach przechowywania, podczas gdy urządzenia bez dodatku zachowały jedynie 48,95%. Podczas ciągłej pracy w symulowanym świetle słonecznym, ogniwa z 2-ABZ utrzymały prawie 89% swojej pierwotnej wydajności po 10 godzinach, podczas gdy urządzenia kontrolne degradowały szybko w ciągu pierwszej godziny.
Znaczenie dla przyszłości fotowoltaiki
Perowskitowe ogniwa słoneczne (PSC) są uważane za obiecującą technologię następnej generacji, ponieważ są lekkie, elastyczne i mogą przybierać różne kształty, w przeciwieństwie do tradycyjnych ogniw krzemowych, które wymagają dużych, płaskich powierzchni. Jednak zapewnienie ich wydajności i trwałości jest kluczowe dla poprawy ich komercyjnej opłacalności. Profesor Takeoka podkreśla, że wyniki badań torują drogę do opracowania bezpieczniejszych ogniw bez ołowiu, co może pomóc w rozszerzeniu zastosowań ogniw fotowoltaicznych.
Źródło: pv magazine AU
Fot. Pexels / Thirdman
