Perovskit-solceller har under det senaste decenniet rönt stor uppmärksamhet som en kostnadseffektiv och högpresterande lösning för solenergi, men teknologin har kämpat med utmaningar kring maximal verkningsgrad och långsiktig stabilitet.
Nu har forskare vid Institutet för halvledare vid Kinesiska vetenskapsakademin introducerat en innovativ metod som inte bara sätter nytt världsrrekord för effektivitet, utan också signifikant förbättrar solcellens hållbarhet.
I hjärtat av denna utveckling ligger en lösning på ett kritiskt problem kopplat till användningen av metylammoniumklorid (MACI) i perovskittillverkningen. MACI underlättar kristalltillväxten, men under uppvärmning migrerar klorjoner och tenderar att samlas ojämnt vid solcellens övre och undre ytor. Denna klusterbildning leder till defekter som hindrar optimal ljusabsorption och laddningsöverföring i perovskitfilmen, vilket begränsar solcellens totala prestanda.
Forskarteamets strategi är elegant i sin enkelhet: de tillsatte kaliumbinoxalat, ett alkalimetalloxalat, direkt till den flytande perovskitblandningen innan filmframställning. Kaliumjonerna från detta tillskott binder sig med de klorjoner som annars skulle bilda kluster och skapar istället ett stabilt kaliumkloridsalt. Detta resulterar i en jämnt fördelad klorförekomst i perovskitfilmen, vilket väsentligt minskar defektbildningen och förbättrar både materialets strukturella integritet och elektroniska egenskaper.
Vid testning uppnådde dessa nya solcellssystem en solenergiomvandlingseffektivitet på 27,2 %, ett värde som nu verifierats som världsledande inom perovskittekniken. Utöver den höga initialeffektiviteten visade enheterna imponerande stabilitet; 86,3 % av den ursprungliga effektiviteten bibehölls efter mer än 1500 timmars kontinuerlig drift i full solbelysning. Dessutom behöll solcellerna över 80 % av sin interna effektivitet efter 1000 timmar vid höga temperaturer (85 °C), vilket är en stark indikator på långtidsstabilitet.
Credit: Science (2025). DOI: 10.1126/science.adw8780
Trots dessa betydande framsteg erkänner forskarna att tekniken ännu inte är helt felfri. En kvarvarande utmaning är defekter vid det så kallade dolda gränssnittet, där perovskitlagret möter andra delar av solcellsstrukturen. Att eliminera dessa defekter blir nästa viktigt steg för att optimera både enhetens effektivitet och livslängd ytterligare.
Sammanfattningsvis visar denna forskningsinsats hur en målmedveten kemisk modifiering i tillverkningsprocessen kan lösa fundamentala materialproblem och leda till rekordhöga prestanda. Att homogenisera klorfördelningen med hjälp av kaliumbinoxalat öppnar nya dörrar för perovskitens kommersialisering och kan på sikt bidra till att solenergi blir både billigare och mer tillförlitlig globalt. Detta arbete visar med tydlighet hur grundläggande materialvetenskap och innovativa kemiska strategier driver solcellsteknologins utveckling framåt mot en hållbar energiframtid.
More information: Zhuang Xiong et al, Homogenized chlorine distribution for >27% power conversion efficiency in perovskite solar cells, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adw8780
