20 июля 2026 года в журнале Watt вышла работа исследователей из Гонконгского политехнического университета и Чжэцзянского университета. Они показали, что в перовскитном солнечном элементе свет быстрее разрушает границы между кристаллическими зёрнами разной ориентации. В их опытах обработка таких границ помогла элементу сохранить более 90% начальной эффективности после 2200 часов освещения.

На границе возникает перекос зарядов

Перовскитная плёнка состоит из множества мелких кристаллов. Когда рядом оказываются зёрна с гранями (100) и (111), потери электрических зарядов на общей границе распределяются неравномерно. На стороне (111) исследователи нашли больше дефектов, в том числе пустот там, где должны находиться ионы формамидиния. Под светом там копятся положительные заряды, или дырки, и эта сторона границы разрушается быстрее.

Неожиданность в том, что отдельное зерно с гранью (111) само по себе устойчивее к свету, чем зерно с гранью (100). Но когда они соприкасаются, движение зарядов меняется, и граница становится слабым местом. Представим два соседних участка дороги, по которым машины должны идти ровным потоком: если на стыке поток резко сгущается, именно там быстрее возникает перегрузка. В перовските вместо машин заряды, а перегрузка у границы запускает деградацию.

Чтобы сгладить перекос, команда применила соединение m-F-PEABr. Его молекулы слишком велики, чтобы проникнуть внутрь кристаллических зёрен, поэтому собираются преимущественно на границах и помогают устранить дефекты. После обработки потери зарядов по обе стороны границы стали более равномерными.

Лучший обработанный элемент показал эффективность преобразования света в электричество 26,55%. В испытании при комнатной температуре негерметизированный элемент работал в азотной атмосфере под непрерывным освещением мощностью в один солнечный эквивалент и через 2200 часов сохранил не менее 90% начальной эффективности. Это лабораторная проверка, а не оценка срока службы готовой панели на улице.

Авторы исследовали прежде всего границы между гранями (100) и (111) в перовскитах на основе FAPbI₃. Переносить вывод на другие составы, другие сочетания граней или крупные модули пока рано. Кроме того, команда не смогла напрямую наблюдать в реальном времени, как свет меняет атомную структуру границы: материал слишком чувствителен к электронному пучку при микроскопии.

Подробнее о том, как оформляют публикации по результатам исследований, можно узнать в разделе подготовки научных статей.

Концептуальная схема механизма деградации границы между зёрнами разных ориентаций и её обработки соединением m-F-PEABr.

Фото: turek / Pexels