ลักษณะเฉพาะของ perovskites คือโครงสร้างผลึกเฉพาะ อาจมีการรวมวัสดุจำนวนมากของอะตอมและโมเลกุลที่แตกต่างกัน ซึ่งบางส่วนอาจแสดงคุณสมบัติของเฟอร์โรอิเล็กทริก ตัวนำยิ่งยวด หรือโฟโตโวลตาอิก แม้ว่าจะเป็นที่รู้จักตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 19 แต่วัสดุประเภทนี้เพิ่งถูกค้นพบสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์เท่านั้น ต้องใช้เวลาวิจัยเพียง 10 ปีในการเพิ่มประสิทธิภาพให้ถึงระดับของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนทั่วไปในอัตราที่ไม่เคยมีมาก่อน เมื่อเปรียบเทียบกับผลึกซิลิกอนแล้ว perovskites มีข้อดีที่ชัดเจนหลายประการ: สามารถผลิตได้ง่าย ประหยัดต้นทุน และประหยัดพลังงาน ชั้นของเซลล์ perovskite ซึ่งมีความหนาเพียงไม่กี่ร้อยนาโนเมตรสามารถนำไปใช้กับเซลล์ซิลิกอนทั่วไปได้เป็นอย่างดี ในขณะที่เทคโนโลยีที่ใช้ซิลิกอนนั้นถือว่ามีวุฒิภาวะแล้ว เช่น "

ปัญหาความมั่นคง

Prof. Christoph Brabec จากสถาบัน Helmholtz Institute Erlangen-Nuremberg (HI ERN) ที่ Forschungszentrum Jülich อธิบายว่า "จุดอ่อนของเซลล์แสงอาทิตย์แบบ perovskite ของ Achilles มีความทนทานต่ำ "โมดูลซิลิกอนแบบคลาสสิกค่อนข้างทนทาน แม้หลังจากใช้งานจริงมากว่า 20 ปี ก็ยังสูญเสียประสิทธิภาพการทำงานเพียงเล็กน้อย" ในทางกลับกัน เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจาก perovskite มักจะสูญเสียประสิทธิภาพหลังจากผ่านไปเพียงไม่กี่วันหรือหลายสัปดาห์ เซลล์ในระยะแรกสามารถสังเกตการเสื่อมสภาพได้อย่างแท้จริง โดยประสิทธิภาพลดลงภายในไม่กี่วินาทีหรือไม่กี่นาทีหลังจากเปิดไฟในห้องปฏิบัติการ

Brabec กล่าวว่า "เซลล์แสงอาทิตย์ที่เราได้นำเสนอใน Nature Energy นั้นสร้างความประทับใจด้วยความเสถียรที่ยอดเยี่ยม ค่านี้เป็นหนึ่งในค่าที่ดีที่สุดที่วัดได้สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite ระนาบในการทดสอบระยะยาว" เซลล์ที่ส่องสว่างต้องอยู่รอดได้ 1,450 ชั่วโมงที่อุณหภูมิสูงประมาณ 65 องศาเซลเซียสในห้องปฏิบัติการและยังคงมีเสถียรภาพอย่างมากตลอดระยะเวลาการทดสอบ ในตอนท้าย มันยังคงมีประสิทธิภาพเริ่มต้น 99 เปอร์เซ็นต์ "การคาดการณ์ในระยะยาวเป็นเรื่องยากเสมอ แต่โซลาร์เซลล์ perovskite ที่เราพัฒนาขึ้นในขณะนี้สามารถใช้งานได้นานกว่า 20,000 ชั่วโมงภายใต้สถานการณ์ปกติ" ศาสตราจารย์ Brabec ประมาณการ

ประสบความสำเร็จด้วยปริมาณงานสูง

ผลที่ได้คือไม่มีอุบัติเหตุ ในการค้นหาวัสดุที่เหมาะสม นักวิจัยได้ทดสอบส่วนผสมของ perovskite ที่แตกต่างกันหลายร้อยชนิดเพื่อความเหมาะสมอย่างเป็นระบบโดยใช้วิธีปริมาณงานสูง นักวิจัยได้ใช้สิ่งที่ดีที่สุดเพื่อสร้างเซลล์ของพวกเขา ดร. Yicheng Zhao กล่าวว่า "แม้ว่าคุณจะพึ่งพาส่วนประกอบที่ได้รับการพิสูจน์แล้วเท่านั้น คุณก็จะได้องค์ประกอบที่เป็นไปได้มากมายที่เราสามารถผลิตและทดสอบได้โดยอัตโนมัติโดยใช้วิธีการของเรา ในการศึกษาอื่น ๆ บางครั้งก็มีองค์ประกอบมากกว่านั้นอีกมาก" ดร. Yicheng Zhao ผู้เล่น มีบทบาทสำคัญในการสืบสวนทางวิทยาศาสตร์ "นั่นคือเหตุผลที่เราต้องใช้วิธีการที่เป็นระบบเพื่อระบุส่วนผสมของวัสดุที่ดีที่สุด"

ขั้นตอนการเพิ่มประสิทธิภาพที่สำคัญอีกขั้นตอนหนึ่งเกี่ยวข้องกับการสัมผัสที่เสถียรของ perovskite ภายในเซลล์ ซึ่งสร้างขึ้นในชั้นบางๆ หลายชั้น สารเจือปนไอออนิกหรืออนุภาคนาโนของโลหะออกไซด์ที่ใช้กันทั่วไปเพื่อสัมผัสกับเซลล์มักจะเกิดปฏิกิริยาทุติยภูมิที่อุณหภูมิสูงขึ้น ปฏิกิริยานี้อาจนำไปสู่การกัดกร่อนของอิเล็กโทรดโลหะ เนื่องจากนักวิจัยที่ HI ERN สามารถแสดงให้เห็นผ่านการวัดและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด การสัมผัสและการนำไฟฟ้าจะลดลงในระยะแรก

"เพื่อปรับปรุงความเสถียรที่จุดสัมผัส เราได้บรรจุอิเล็กโทรดทั้งหมดไว้ในเปลือกป้องกัน" Zhao กล่าว โครงสร้างโพลีเมอร์สองชั้นแบบใหม่ โดยที่ด้านล่างหลุดและด้านบนเจือด้วยสารเจือที่ไม่ใช่ไอออนิก ป้องกันการเสื่อมสภาพและช่วยให้มั่นใจว่าหน้าสัมผัสยังคงอยู่ ในอีกด้านหนึ่ง สถาปัตยกรรมนี้ปกป้องส่วนต่อประสานที่ละเอียดอ่อนมากกับ perovskite และในทางกลับกันก็แสดงค่าการนำไฟฟ้าที่เสถียรเป็นพิเศษแม้ในอุณหภูมิที่สูงขึ้น

สำหรับอนาคต นักวิจัยของ HI ERN กำลังตั้งเป้าที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพต่อไป "ด้วยประสิทธิภาพ 20.9% เซลล์ที่ทดสอบยังไม่สามารถใช้ประโยชน์จากศักยภาพได้อย่างเต็มที่ 24 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์น่าจะเป็นไปได้ในอนาคตอันใกล้" Yicheng Zhao อธิบาย