En grupp kemister vid Kaunas tekniska universitet (KTU), Litauen, tillsammans med fysikerna från Vilnius University och Swiss Federal Institute of Technology, Lausanne (EPFL), har avslöjat en av de möjliga orsakerna bakom den perovskitiska solcellernas korta livslängd och har erbjudit lösningar. Enligt forskarna, håltransporterande material som används i perovskitsolceller reagerar med en av de mest populära tillsatserna, tert-butylpyridin, vilket har en negativ inverkan på enhetens övergripande prestanda.

Även om perovskit solceller lockar uppmärksamhet på grund av deras ökande effektomvandlingseffektivitet, billiga material och relativt enkel tillverkningsprocess, dessa nästa generations solceller är fortfarande i ett tidigt kommersialiseringsstadium jämfört med mogna soltekniker. En av de största bekymmerna är stabiliteten och relativt kort livslängd för perovskitelementen.

Professor Vytautas Getautis från KTU -fakulteten för kemisk teknik säger att hittills ingen uppmärksamhet har ägnats åt den möjliga interaktionen mellan elementen i solcellen. För första gången, KTU -kemister har avslöjat den kemiska reaktionen mellan komponenterna i den håltransporterande skiktkompositionen - halvledaren och tillsatsen som används för att förbättra solcellens prestanda.

"Vi har tagit fram en hypotes om att tert-butylpyridin, som är en rutinmässigt använd tillsats för att förbättra prestanda, reagerar med halvledare, dvs. håltransporterande material i solcellerna. På grund av reaktionen, effektiviteten hos håltransporterande material minskar, när de nya pyridinerade produkterna bildas, och detta har negativ inverkan på cellens prestanda, "förklarar professor Getautis.

Först, KTU -kemisterna syntetiserade och karakteriserade de pyridinerade produkterna, som hypotetiskt skulle kunna minska effektiviteten hos håltransporterande material. Sedan, EPFL -fysikerna under prof Mohammad Khaja Nazeeruddin bekräftade förekomsten av produkterna i de åldrade perovskitsolcellerna med hjälp av masspektrometri, och bevisade deras negativa inflytande på enhetens totala prestanda.

"Koncentrationen av dessa produkter är mycket låg efter flera månaders åldrande av cellen. Men upptäckten av de skadliga ämnena efter exploatering öppnar nya vägar för produktionen av de långsiktigt stabila perovskitsolcellerna, säger professor Getautis.

KTU -forskare erbjuder flera lösningar för att undvika detta problem. Deras första förslag är att använda mindre nukleofila eller steriskt hindrade pyridinderivat. Ett annat alternativ skulle vara att ändra molekylstrukturen för HTM så att den inte skulle reagera med tert-butylpyridin.

Resultaten publicerades i en artikel med titeln "Pyridering av håltransporterande material i perovskitsolceller ifrågasätter den långsiktiga stabiliteten."