Zaprojektowana ciecz jonowa pilnuje porządku w strukturze
Sercem rozwiązania jest związek chemiczny o skróconej nazwie MEM-MIM-Cl. To nie jest przypadkowa substancja, lecz specjalnie zaprojektowana ciecz jonowa pełniąca funkcję molekularnego “ochroniarza”. Jej działanie jest wielokierunkowe. Przede wszystkim wiąże się z jonami ołowiu w sieci krystalicznej, skutecznie wypełniając puste przestrzenie, które są ogniskami przyszłych uszkodzeń. Ponadto spowalnia proces wzrostu kryształów, co prowadzi do powstania większych i znacznie lepiej ułożonych ziaren, z minimalną liczbą defektów. Co ciekawe, ciecz samoczynnie migruje do dolnych warstw ogniwa, tworząc ochronną barierę w newralgicznym miejscu – na styku różnych materiałów, gdzie najczęściej zaczyna się degradacja.
Zaprojektowaliśmy ciecz jonową z łańcuchem bocznym eteru glikolu etylenowego, który reguluje wzrost perowskitów i stabilizuje ukryte interfejsy poprzez synergetyczne interakcje – relacjonują autorzy badania
Można to porównać do budowy muru z idealnie dopasowanych cegieł zamiast byle jak wrzuconych kamieni. Efektem jest struktura o wiele bardziej odporna na działanie czynników zewnętrznych.
1500 godzin w ekstremalnych warunkach
Aby przekonać się o skuteczności metody, zespół przeprowadził testy w warunkach, które dla standardowych perowskitów są zabójcze. Ogniwa były nieprzerwanie wystawione na działanie światła o standardowym natężeniu oraz temperatury 90 stopni Celsjusza przez ponad 1500 godzin. Rezultaty, opublikowane w Nature Energy, robią wrażenie. Wzmocnione ogniwa zachowały 90% początkowej sprawności. Co istotne, ich początkowa wydajność konwersji mocy wyniosła 25,9%, co jest wartością wyższą niż w wielu wcześniejszych badaniach przeprowadzanych w łagodniejszych warunkach. To pokazuje, iż metoda nie tylko przedłuża życie, ale również pozwala utrzymać wysoką efektywność. Dodatkowe testy, symulujące cykle dzienne i nocne, potwierdziły wyjątkową odporność na zmęczenie materiałowe, co jest kluczowe dla realnej eksploatacji na dachach.
Sukces w laboratorium to tylko połowa sukcesu. Na szczęście opisywana technika jest kompatybilna z przemysłowym procesem znanym jako blade coating, który umożliwia wytwarzanie dużych powierzchniowo paneli. Nieprzypadkowo badania otrzymały wsparcie finansowe od firmy First Solar Inc., giganta branży fotowoltaicznej, oraz amerykańskiego Departamentu Energii. Mimo to naukowcy przyznają, że pracują nad udoskonaleniem projektu cząsteczki oraz lepszym zrozumieniem interakcji na poziomie chemicznym za pomocą zaawansowanych technik obrazowania. Ich celem jest stworzenie całej rodziny podobnych związków, które można będzie dopasowywać do różnych potrzeb.