Forskare har avslöjat den exakta mekanismen som får nya solceller att bryta ner i luften, banar väg för en lösning.

Solceller utnyttjar solenergi och utgör ett alternativ till icke-förnybara energikällor som fossila bränslen. Dock, de står inför utmaningar från dyra tillverkningsprocesser och dålig effektivitet - mängden solljus som omvandlas till användbar energi.

Ljusabsorberande material som kallas organiska blyhalogenidperovskiter används i en ny typ av solceller som har visat stort löfte, eftersom de är mer flexibla och billigare att tillverka än traditionella solceller konstruerade av kisel.

Dock, perovskitceller nedbryts snabbt under naturliga förhållanden, minskar deras prestanda kraftigt på några dagar. Detta är en anledning till att de för närvarande inte används i stor utsträckning.

Tidigare, ett team som leds av forskare från Institutionen för kemi vid Imperial upptäckte att denna uppdelning beror på bildandet av "superoxider" som angriper perovskitmaterialet. Dessa superoxider bildas när ljus som träffar cellerna släpper ut elektroner, som reagerar med syret i luften.

Nu, i en studie publicerad i Naturkommunikation , laget har bestämt hur superoxiderna bildas och hur de angriper perovskitmaterialet, och har föreslagit möjliga lösningar.

Inte så superoxider

Arbetar med kemister vid University of Bath, laget fann att superoxidbildning underlättas av utrymmen i perovskitstrukturen som normalt tas upp av jodidmolekyler. Även om jod är en komponent i själva perovskitmaterialet, Det finns defekter där jodid saknas. Dessa lediga fläckar används sedan vid bildning av superoxider.

Teamet fann att dosering av materialet med extra jodid efter tillverkning förbättrade stabiliteten, men att en mer permanent lösning kan vara att konstruera jodidfelen.

Huvudförfattare till den nya studien, Nicholas Aristidou från Institutionen för kemi vid Imperial, sade:"Efter att ha identifierat rollen av jodiddefekter för att generera superoxid, vi kunde framgångsrikt förbättra materialstabiliteten genom att fylla vakanserna med ytterligare jodidjoner. Detta öppnar upp ett nytt sätt att optimera materialet för ökad stabilitet genom att styra typen och densiteten av fel som finns. "

Ledande forskare Dr Saif Haque från Institutionen för kemi vid Imperial tillade:"Vi har nu tillhandahållit en väg för att förstå denna process i atomskala och tillåta design av enheter med förbättrad stabilitet."

Bättre lösningar

För närvarande, det enda sättet att skydda perovskitceller från nedbrytning av luft och ljus är att innesluta dem i glas. Dock, perovskit solceller är gjorda av flexibelt material som är utformat för att användas i en rad inställningar, så glashöljet begränsar deras funktion kraftigt.

Dr Haque sa:"Glashölje begränsar rörelse och tillför vikt och kostnad för cellerna. Att förbättra perovskitcellmaterialet i sig är den bästa lösningen."

Teamet hoppas att nästa testa cellernas stabilitet i verkliga miljöer. Cellerna skulle utsättas för en kombination av både syre och fukt, testa cellerna i mer relevanta scenarier.