Med energiomvandlingseffektiviteten för kiselsolceller på en platå på omkring 25 %, perovskites är nu idealiskt placerade för att bli marknadens nästa generation av solceller. Särskilt, organisk-oorganisk blyhalogenidperovskiter erbjuder tillverkningsmångsidighet som potentiellt kan leda till mycket högre effektivitet:studier har redan visat solcellsprestanda över 20 % över olika solcellsarkitekturer byggda med enkla och billiga processer.

Den största utmaningen för perovskitfältet är inte så mycket effektivitet utan stabilitet. Till skillnad från kiselceller, perovskiter är mjuka kristallina material och benägna att få problem på grund av nedbrytning över tid. I ett kommersiellt sammanhang, detta sätter perovskiter på en högre prislapp än konventionella kiselceller.

Det har därför gjorts många ansträngningar för att syntetisera perovskitmaterial som kan bibehålla hög effektivitet över tid. Detta görs genom att introducera olika katjoner (positivt laddade joner) i perovskitens kristallstruktur. Även om framgång har rapporterats genom att blanda in oorganiska katjoner som cesium eller rubidium i perovskitkompositionen, dessa lösningar tenderar att vara svåra och dyra att implementera.

Under tiden, inga organiska - och lättare att syntetisera - katjoner som kan förbättra både effektivitet och stabilitet har hittills hittats. Nu, Mohammad Khaja Nazeeruddins labb vid EPFL Valais Wallis, med kollegor vid universitetet i Cordoba, har upptäckt att de kan förbättra perovskitstabiliteten genom att introducera den stora organiska katjonen guanidinium (CH6N3+) i metylammoniumblyjodidperovskiter, som är bland de mest lovande alternativen i gruppen idag.

Forskarna visar att guanidiniumkatjonen sätts in i perovskitens kristallstruktur och förbättrar materialets totala termiska och miljömässiga stabilitet, övervinna vad som är känt inom området som "Goldschmidt-toleransfaktorgränsen." Detta är en indikator på stabiliteten hos en perovskitkristall, som beskriver hur kompatibel en viss jon är med den. En idealisk Goldschmidt-toleransfaktor bör vara under eller lika med 1; guanidiniums är bara 1,03.

Studien fann att tillsatsen av guanidinium avsevärt förbättrade perovskitens materialstabilitet samtidigt som den gav en genomsnittlig effektomvandlingseffektivitet på över 19 % (19,2 ± 0,4 %) och stabiliserade denna prestanda i 1000 timmar under kontinuerlig ljusbelysning, som är ett standardlaboratorietest för att mäta effektiviteten hos solcellsmaterial. Forskarna uppskattar att detta motsvarar 1333 dagar (eller 3,7 år) av verklig användning - detta är baserat på standardkriterier som används inom området.

Professor Nazeeruddin förklarar:"Om man tar en standardaccelerationsfaktor på 2 för varje tio graders temperaturökning, en accelerationsfaktor på 8 uppskattas för 55 °C i motsats till 25 °C grader. Följaktligen skulle 1000 timmar vid 55°C ekvivalent vara 8000 timmar. Våra celler utsattes vid 60°C, därför kan siffrorna vara ännu högre. Om man antar att det motsvarar 6 timmar fullt solljus/dag, eller 250Wm-2 medelinstrålning (motsvarande Nordafrika) det totala antalet dagar är 1333, motsvarar 44,4 månader och 3,7 års stabilitet. Dock, för standardsolcellsackreditering krävs också en serie stresstester inklusive temperaturcykler och fuktig värme."

"Detta är ett grundläggande steg inom perovskitområdet, " säger Nazeeruddin. "Det erbjuder ett nytt paradigm inom perovskitdesign eftersom ytterligare undersökningar bortom toleransfaktorgränsen skulle kunna råda för katjoniska blandningar samtidigt som vi bevarar en 3D-struktur med förbättrad stabilitet genom ökat antal H-bindningar inom det oorganiska ramverket - ett problem som vi är nu nära att lösa."