Dwukleszczowe ligandy porządkują granicę faz: ogniwo perowskitowe z wynikiem 26,19% w laboratorium
Międzynarodowy zespół z udziałem Helmholtz-Zentrum Berlin oraz uniwersytetów Purdue i Emory opracował molekularną metodę przekształcania resztkowego PbI₂ na powierzchni perowskitu. Laboratoryjne ogniwo w architekturze n-i-p osiągnęło sprawność 26,19%.
Problem: resztkowy jodek ołowiu na powierzchni
Po wytworzeniu warstwy perowskitu na jej powierzchni często pozostaje resztkowy jodek ołowiu (PbI₂). Umiarkowane ilości tego związku mogą pomagać podczas krystalizacji, ale jego nierównomierny rozkład na gotowej granicy faz prowadzi do lokalnych wahań potencjału powierzchniowego, pułapkowania ładunków i strat przez rekombinację niepromienistą. Tym problemem zajęła się międzynarodowa grupa badawcza, w której uczestniczyli naukowcy z Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) oraz zespół prof. Letiana Dou z Uniwersytetu Purdue i Uniwersytetu Emory. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Journal of the American Chemical Society.
Ligandy z dwoma punktami kotwiczenia
Badacze zaprojektowali nową klasę dwukleszczowych (bidentatnych) ligandów molekularnych, które wiążą się z resztkowym PbI₂ w dwóch punktach jednocześnie – w odróżnieniu od typowych cząsteczek pasywujących, oddziałujących przez pojedyncze miejsce wiązania. Nowe cząsteczki przebudowują resztkowy PbI₂ w stabilniejsze i korzystniejsze elektronicznie struktury koordynacyjne PbI₆, nie naruszając przy tym trójwymiarowego absorbera perowskitowego pod spodem. Najlepiej sprawdziła się cząsteczka oznaczona jako MeXT, która wyraźnie ujednoliciła elektroniczny „krajobraz” powierzchni perowskitu, ograniczając nieuporządkowanie granicy faz i straty napięcia.
Parametry ogniwa i stabilność
Najlepsze laboratoryjne ogniwo w architekturze n-i-p osiągnęło sprawność konwersji 26,19%, przy czym sprawność ustabilizowana wyniosła 25,65%. Pozostałe parametry najlepszego ogniwa w tej pracy:
- napięcie obwodu otwartego: 1,198 V,
- współczynnik wypełnienia: 83,2%,
- gęstość prądu zwarcia: 26,28 mA/cm².
W teście łączonego obciążenia światłem i temperaturą 75°C ogniwa po obróbce zachowały ponad 80% początkowej sprawności po 1000 godzinach. Źródło nie podaje wielkości badanych ogniw; są to wyniki laboratoryjne, a nie parametry produktów komercyjnych.
Pomiary fotonapięcia powierzchniowego pokazały, dlaczego to działa
Wkładem zespołu HZB były zaawansowane pomiary fotonapięcia powierzchniowego – czasowo-rozdzielcze i mapowane przestrzennie. Pokazały one, że optymalna obróbka nie ogranicza się do pasywacji defektów, lecz zmienia samą selektywność granicy faz wobec nośników ładunku: tłumi ścieżki pułapkowania elektronów i wzmacnia ekstrakcję dziur w kierunku warstwy transportującej dziury. Według badaczy takie pomiary pozwalają rozstrzygnąć nie tylko, czy dana obróbka działa, ale też dlaczego i gdzie leży optimum dla kompletnego ogniwa. Obliczenia teoretyczne wniósł zespół prof. Bretta M. Savoie.
Lipcowa zapowiedź zrobotyzowanej optymalizacji w HZB
HZB zapowiedział w lipcu 2026 r. instalację w laboratorium HySPRINT w pełni zrobotyzowanej linii do wytwarzania, charakteryzacji i optymalizacji ogniw słonecznych. Według materiału opublikowanego 15 lipca miało to nastąpić w ciągu kolejnych trzech miesięcy. Deklarowanym celem było około dziesięciokrotne przyspieszenie optymalizacji eksperymentalnej dzięki połączeniu automatycznej produkcji ogniw z szybką charakteryzacją optoelektroniczną i optymalizacją sterowaną danymi. Pierwsze zdjęcia i filmy z nowego zrobotyzowanego laboratorium ośrodek planował pokazać we wrześniu i październiku 2026 r.
Źródła
Praca: Yuanhao Tang i in., „Selective Bidentate Coordination Reconstructs Residual PbI₂ to Homogenize Interfacial Energetics in Perovskite Solar Cells”, Journal of the American Chemical Society (2026), DOI: 10.1021/jacs.6c05316.
Źródło: TechXplore – Precision interface chemistry pushes perovskite solar cells beyond 26% efficiency https://techxplore.com/news/2026-07-precision-interface-chemistry-perovskite-solar.html