Американські вчені з'ясували, що в процесі випаровування розчинника діметилсульфоксиду в перовскитних сонячних елементах утворюються порожнечі. Зменшивши кількість діметилсульфоксиду, і додавши в активний шар діамівноважевину, вчені зуміли отримати перовскитні шари без пустот і зробити сонячні елементи ефективнішими і стабільнішими. Результати дослідження опубліковані в журналі Ефективність перовскитних сонячних елементів зросла до 25,5 відсотків і вже впритул наблизилася до ефективності кремнієвих сонячних елементів, проте недостатня стабільність перовскітів все ще стримує комерціалізацію цієї технології. Перовскитний сонячний елемент складається з декількох шарів, кожен з яких виконує свою роль. Найнижчий шар - прозорий електрод з оксиду індія з добавками олова (Indium Tin Oxide, ITO). На нього наносять перший транспортний шар, активний шар з перовскиту, другий транспортний шар, а потім напилюють металевий електрод. Деградація перовскитного шару зазвичай починається на кордоні з транспортними шарами, і різним способам пасивації і стабілізації цих кордонів присвячено вже дуже багато досліджень. Однак, в основному у фокусі вчених була верхня межа перовскитного шару - та область, де через тонкий транспортний шар перовскіт межує з металом. Стабілізація нижньої межі перовскіту вивчена менше, хоча минулого року вчені з'ясували, що щільність дефектів у цій області навіть вища, ніж на верхній межі.
У тому, що відбувається на нижній межі перовскитного шару і звідки там стільки дефектів, розібралися вчені з Університету Північної Кароліни під керівництвом Цзіня Суна Хуана. (Jinsong Huang). Вчені працювали з перовскитним сонячним елементом так званої p-i-n (positive/intrinsic/negative) конфігурації - на прозорий катод з ITO вони послідовно нанесли дирочно-транспортний шар з полімеру PTAA, шар перовскіту, електрон-транспортний шар з фуллерену і мідний анод. Для перовскитного шару використовували метод blade coating (формування шару під дією рухомого леза), який Хуан і його колеги використовували і оптимізували у своїх попередніх дослідженнях.
Автори брали готовий сонячний елемент, акуратно відділяли перовскитний шар і вивчали його нижню поверхню методом скануючої електронної мікроскопії. Виявилося, що поверхня рясніє порожнечами із середнім розміром близько ста нанометрів. Вчені переконалися, що порожнечі були в матеріалі спочатку, а не утворилися при поділі шарів - у цьому випадку на транспортному шарі полімеру залишилися б фрагменти перовскиту. Під час роботи сонячного елементи деградація починається навколо пустот, а потім поширюється на весь матеріал. Це може відбуватися з кількох причин. По-перше, дірки зупиняються на кордонах пустот і не можуть досягти транспортного шару. Через це в нижній частині активного шару накопичується позитивний заряд, який провокує іонну міграцію і збільшення кількості дефектів. По-друге, порожнечі можуть служити резервуарами для йоду та інших продуктів розпаду перовскіту - це теж прискорює процес деградації. Автори припустили, що освіта пустот на нижньому кордоні відбувається ще в процесі нанесення перовскитного шару. Для нанесення використовується суміш декількох розчинників, серед яких є важкий розчинник з високою температурою кипіння - діметилсульфоксид (ДМСО). Після нанесення шару комірки нагрівають, щоб перовскіт повністю закристалізувався. Процес кристалізації починається у верхній частині шару, при цьому легкокиплячі розчинники відразу випаровуються, а ДМСО мігрує в нижню частину шару і збирається на кордоні з PTAA. Коли ДМСО нарешті випаровується, на цьому місці і залишаються порожнечі. Хуан і його колеги пробували змінювати кількість ДМСО і з'ясували, що зовсім відмовитися від нього не можна - в цьому випадку перовскитний шар виявляється розупорядкованим і пористим. Справа в тому, що сульфоксидний фрагмент з ДМСО координується на іоні свинцю, тому добавка ДМСО допомагає утворенню проміжної фази, яка в кінці перетвориться на перовскіт. Хуан і його колеги підібрали оптимальну кількість ДМСО (25 мольних відсотків по відношенню до перовскиту) і також ввели в розчин добавку діаміноважевіни. Ця речовина теж координується на свинці і почасти бере на себе функції ДМСО, але на відміну від ДМСО не випаровується, а залишається запечатаним у перовскитному шарі. У цьому є і додаткова користь - діаміноважевіна може відновлювати йод. В результаті авторам вдалося отримати перовскитний шар без пустот.
За допомогою нової методики автори зібрали сонячні елементи з ефективністю 23,6 відсотків і великі сонячні модулі площею 50 квадратних сантиметрів з ефективністю 19,2 відсотка - це не рекорд в цілому для перовскітів, але для зразків, отриманих методом blade coating, результат дуже гідний. Стабільність пристроїв теж покращилася: маленькі елементи пропрацювали 550 годин зберігши початкову ефективність, в той час, як контрольні зразки повністю деградували за 250 годин.
На початку серпня в вийшла ще одна стаття, присвячена стабілізації перовскітів. Вчені з Китаю і США запропонували замінити нагрівання сонячних елементів на електроплитку зануренням у гарячий анізол. У результаті перовскитні кристаліти стають більшими за розміром, а сам синтез краще відтворюється. Цей спосіб, як і описаний Хуаном і його колегами, підходить в тому числі для великих перовскитних модулів.