Перовскитные солнечные элементы (ПСЭ) занимают одно из ключевых мест в разработке возобновляемых источников энергии благодаря их высокой эффективности и относительно простой технологии изготовления. Однако для широкого применения ПСЭ необходимо повысить их срок службы, а для этого нужно создать правильную структуру межслоевых границ, так называемых интерфейсов.

В недавней работе учёные предложили использовать соль биогенного амина, хлорид тирамина (TACl) для улучшения характеристик ПСЭ. В природе тирамин образуется в результате декарбоксилирования природной аминокислоты тирозина и содержится в значительных количествах в сырах и некоторых других продуктах. Будучи важным компонентом пищевого рациона человека, этот амин также может принести пользу и совсем в другой роли – как модификатор интерфейсов в солнечных батареях.

Предложенное решение:  Стратегия модификации одновременно двух границ между фотоактивным и зарядово-транспортными слоями перовскитных солнечных элементов (Dual Interface Modification, DIM) с использованием гидрохлорида тирамина (TACI) в качестве пассивирующего агента.

Коллектив ученых из нескольких стран (Китай, Россия и США) показал, что TACl способен эффективно модифицировать и улучшать характеристики верхней и нижней межслоевых границ, формируемых перовскитным фотоактивным слоем. TACl образует водородные связи и участвует в кислотно-основных взаимодействиях с компонентами перовскитного слоя и полимерным дырочно-транспортным слоем РТАА. Такие взаимодействия улучшают структуру интерфейсов, снижают плотность дефектов и обеспечивают выравнивание энергетических уровней перовскита и зарядово-транспортных материалов, что способствует более эффективной экстракции носителей заряда. Анализ структуры и свойств материалов с помощью разных методов спектроскопии, микроскопии и теоретических расчётов подтвердил, что TACl пассивирует дефекты на межслоевых границах, снижает рекомбинацию носителей заряда и улучшает качество перовскитных пленок.

Результаты экспериментов демонстрируют, что применение TACl позволяет повысить эффективность инвертированных ПСЭ с 19,41% до 23,35% (для перовскитного материала с шириной запрещенной зоны ШЗЗ = 1,63 эВ). Благодаря использованию соли тирамина, для солнечных элементов с другими значениями ШЗЗ 1,56 эВ и 1,68 эВ были получены эффективности 25,13% и 22,36%, соответственно. Полученные результаты подчеркивают универсальность подхода к пассивации дефектов для перовскитных полупроводников различного состава.

Кроме того, модификация с помощью TACl значительно повысила эксплуатационную стабильность устройств: они сохраняют 90,2% своей первоначальной эффективности после 1000 часов работы на воздухе без инкапсуляции.

Метод модификации ПСЭ хлоридом тирамина также был адаптирован для мини-модулей и гибких устройств, что открывает перспективы для применения данной технологии в носимой электронике и сетях Интернета вещей.

Таким образом, предложенный подход представляет собой важный шаг в развитии технологии перовскитных солнечных батарей. Он не только повышает их технические характеристики, но и упрощает путь к промышленному масштабированию, делая перовскитную фотовольтаику более конкурентоспособной на фоне традиционных технологий.

В исследовании принимали участие научные сотрудники ФИЦ ПХФ и МХ РАН: Виктория Озерова, Никита Емельянов, Никита Слесаренко, Любовь Фролова, Лаврентий Гуцев, Павел Трошин

А также коллеги из других исследовательских центров:

• Школа энергетических наук и инженерии, Китайский университет науки и технологий, КНР
• Ключевая лаборатория исследований и разработок в области новых и возобновляемых источников энергии, Гуанчжоуский институт преобразования энергии, Китайская академия наук, КНР
• Институт микропроизводства, Луизианский технический университет, США
• Физический факультет, Флоридский университет, США
• Научно-исследовательский институт HIT в Чжэнчжоу, КНР

Shizi Luo, Shuguang Cao, Zhuoneng Bi, Yupeng Zheng, Haider Ali Tauqeer, Yuling Zhuo, Victoria V. Ozerova, Nikita A. Emelianov, Nikita A. Slesarenko, Lyubov A. Frolova, Lavrenty G. Gutsev, Bala R. Ramachandran, Gennady L. Gutsev, Pavel A. Troshin, Xueqing Xu //Interface contact optimization and defect passivation via tyramine hydrochloride for efficient and stable inverted perovskite solar cells // Nano Energy, том 139, 2025, статья 110944, Q-1, IF=17.6

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.110944