Инновация способна приблизить перовскитные солнечные элементы к коммерческой жизнеспособности и массовому использованию.
Международная группа исследователей повысила эффективность перовскитных солнечных элементов почти до 27 процентов после внедрения нового интерфейсного покрытия между верхним контактом и слоем перовскита.
В исследовании, проведенном под руководством Гельмгольца-центра в Берлине (HZB) — научно-исследовательского центра мирового уровня по исследованию энергетических материалов, приняли участие ученые из Китая, Германии, Швейцарии и Италии.
Их инновационный подход заключался в создании тонкого фторированного молекулярного слоя, который действует как химический экран между перовскитом и его верхним контактным слоем, известным как слой бакибола (C60).
Новое решение направлено на увеличение срока службы и надежности перовскитных солнечных элементов в реальных условиях. Оно также решает одну из самых серьёзных проблем, ограничивающих их широкое коммерческое использование.
Продление срока службы солнечных батарей
Перовскитные солнечные элементы давно рассматриваются как перспективная альтернатива дешёвой, лёгкой и высокоэффективной возобновляемой энергии. Однако их нестабильность до сих пор не позволяла им завоевать рынок.
Эти элементы нового поколения, как правило, теряют эффективность гораздо быстрее, чем традиционные кремниевые солнечные панели. Это ограничивает их коммерческий потенциал. Чтобы решить эту проблему, команда нанесла фторированное покрытие на границу между поверхностью перовскита и верхним контактным слоем.
«Мы использовали фторированное соединение, которое может скользить между перовскитом и контактным слоем бакибола (C60), образуя почти компактную мономолекулярную пленку», — рассказал доктор философии Антонио Абате, профессор университетского факультета новых материалов и интерфейсов для фотоэлектрических солнечных элементов.
Молекулярный слой, подобный тефлону, позволил перовскитным солнечным элементам достичь впечатляющего КПД преобразования энергии в 27%. Команда обнаружила, что модернизированные элементы сохраняли этот показатель после 1200 часов непрерывной работы.
Это эквивалентно целому году воздействия естественного солнечного света. Для сравнения, контрольные образцы без фторированного слоя потеряли около 20% своих свойств всего за 300 часов.
По словам учёных, этот слой химически изолирует перовскит от контактного слоя. Это, в свою очередь, снижает дефекты и потери энергии. Он также укрепляет структуру обоих соседних слоёв, особенно слоя C60, делая его более однородным и компактным.
«Это похоже на эффект тефлона», — пояснил Абате. «Промежуточный слой образует химический барьер, который предотвращает появление дефектов, сохраняя при этом электрический контакт».
Стабильность через инновации
По словам Гуйсяна Ли, доктора философии, профессора Юго-Восточного университета в Нанкине (Китай), который руководил исследованием, новое покрытие не просто поддерживает стабильность.
Ли объяснил, что фторированное соединение повышает однородность и плотность контактного слоя C60. Это приводит к улучшению переноса заряда и повышению механической прочности.
Между тем, ячейки, изготовленные с использованием этого подхода, практически не продемонстрировали потери производительности в условиях интенсивных испытаний. Сообщается, что они выдержали 1800 часов термического старения при температуре 80°C и 200 температурных циклов в диапазоне от -40 до 80°C.
«Идея использования подобных тефлону молекул для формирования промежуточной пленки зародилась у меня еще во время моей работы в докторантуре в лаборатории Генри Снейта, который проводил пионерские исследования материалов на основе перовскита», — подытожил Эбате в своем заявлении.
За последнее десятилетие перовскитные материалы стремительно развивались: их эффективность выросла с 15% в 2014 году до почти 30% в настоящее время. Однако их долговечность оставалась основным препятствием для коммерческого внедрения.
Этот подход может устранить этот разрыв, предложив масштабируемое решение, сочетающее высокую производительность с долгосрочной устойчивостью. Он также может ускорить создание новых солнечных технологий — от установок на крышах до гибких устройств и тандемных солнечных модулей.
Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics.
Sourse: interestingengineering.com
