UCLA professor Yang Yang, medlem av California NanoSystems Institute, är en världsberömd innovatör av solcellsteknik vars team de senaste åren har utvecklat nästa generations solceller konstruerade av perovskit, som har en anmärkningsvärd effektivitet när det omvandlar solljus till elektricitet.

Trots denna framgång, perovskites känsliga natur - en mycket lätt, flexibel, organiskt-oorganiskt hybridmaterial – stoppade ytterligare utveckling mot dess kommersialiserade användning. När den utsätts för luft, perovskitceller gick sönder och sönderdelades inom några timmar till några dagar. Cellerna försämrades ännu snabbare när de också exponerades för fukt, främst på grund av perovskitens hydroskopiska natur.

Nu har Yangs team erövrat perovskites primära svårighet genom att skydda den mellan två lager metalloxid. Detta är ett betydande framsteg mot stabilisering av perovskitsolceller. Deras nya cellkonstruktion förlänger cellens effektiva livslängd i luft med mer än 10 gånger, med endast en marginell förlust av effektivitet som omvandlar solljus till elektricitet.

Studien publicerades online den 12 oktober i tidskriften Naturens nanoteknik . Postdoktor Jingbi Du och doktorand Lei Meng från Yang Lab var huvudförfattarna på tidningen.

"Det har varit mycket optimism om perovskits solcellsteknik, " sa Meng. Om mindre än två år, Yang-teamet har förbättrat perovskites solcellseffektivitet från mindre än 1 procent till nära 20 procent. "Men dess korta livslängd var en begränsande faktor vi har försökt förbättra på sedan vi utvecklade perovskitceller med hög effektivitet."

Yang, som innehar Carol och Lawrence E. Tannas, Jr., Begåvad professor i teknik vid UCLA, sa att det finns flera faktorer som leder till snabb försämring av normalt skiktade perovskitsolceller. Den mest betydelsefulla, Yang sa, var att det mycket använda översta organiska buffertskiktet har dålig stabilitet och inte effektivt kan skydda perovskitskiktet från fukt i luften, snabbare cellnedbrytning. Buffertskikten är viktiga för cellkonstruktionen eftersom elektricitet som genereras av cellen utvinns genom dem.

Meng sa att i denna studie ersatte teamet de organiska skikten med metalloxidlager som smörjer perovskitskiktet, skyddar den från fukt. Skillnaden var dramatisk. Metalloxidcellerna varade 60 dagar i utomhusförvaring vid rumstemperatur, behåller 90 procent av sin ursprungliga solomvandlingseffektivitet. "Med den här tekniken perfektion har vi förbättrat stabiliteten avsevärt."

Nästa steg för Yang -teamet är att göra metalloxidlagren mer kondenserade för bättre effektivitet och täta solcellen för ännu längre livslängd utan förlust av effektivitet. Yang förväntar sig att denna process kan skalas upp till stor produktion nu när det huvudsakliga perovskitproblemet är löst.