2-меркаптобензотиазол проявляет двухрежимное связывание с органическими катионами перовскита, что помогает модулировать динамику кристаллизации в процессе производства.
Исследователи из Национального университета Сингапура повысили эффективность преобразования энергии тандемного солнечного элемента до 32,76% за счет добавления специальной молекулы, которая помогает предотвратить кристаллизацию перовскитного слоя. Помимо повышения эффективности, эта молекула также улучшает долговременную работу тандемного солнечного элемента, что делает ее очень полезным дополнением.
Солнечная энергия также полезна для выработки электроэнергии без выбросов углекислого газа. Технология, которая разрабатывалась годами, теперь достигла коммерческих масштабов, позволяя улавливать большие объемы солнечного света и преобразовывать их в полезную энергию.
Однако даже самые лучшие солнечные панели, установленные в больших масштабах, могут улавливать лишь около четверти падающей на них солнечной энергии. Для того чтобы солнечные батареи действительно помогли нам отказаться от ископаемого топлива, нам необходимо улавливать гораздо больше солнечного света, получаемого планетой, и именно здесь могут помочь перовскиты.
Тандемные солнечные элементы
Перовскиты — это особый класс кристаллических материалов с превосходными энергопоглощающими свойствами по сравнению с кремнием, который используется в солнечных батареях. Кроме того, это недорогой материал, позволяющий производить солнечные батареи по гораздо более низкой цене. Однако попытки добиться этого пока не увенчались успехом, поскольку перовскиты также чувствительны к резким изменениям влажности, температуры или света.
Для решения этой проблемы ученые разработали тандемный солнечный элемент, состоящий из слоя перовскита и слоя кремния, расположенных друг над другом. Однако проблемы со стабильностью сохраняются, поскольку кремниевые пластины могут быстро нагреваться и передавать тепло перовскиту, вызывая его быструю кристаллизацию в процессе производства. Это может привести к разделению химических компонентов тандемного солнечного элемента, сокращая срок его службы.
Исследователи из Национального университета Сингапура совместно с сотрудниками компании Zhejiang Jinko Solar Co. Ltd. и других институтов провели эксперименты с молекулой 2-меркаптобензотиазола для уменьшения кристаллизации перовскитных слоев, добившись многообещающих результатов.
Как эта молекула помогает
Чтобы найти молекулу, которая могла бы помочь, исследователи сначала изучили процесс образования перовскитного слоя в процессе производства тандемных солнечных элементов.
«Тонкие кремниевые пластины, используемые в тандемных солнечных элементах с пассивированными контактами на основе туннельного оксида, обладают уменьшенной тепловой массой и более высокой теплопроводностью, что ускоряет передачу тепла во время осаждения субэлементов перовскита», — написали ученые в исследовательской статье.
«Мы вводим 2-меркаптобензотиазол, который демонстрирует двухрежимное связывание с органическими катионами перовскита, для модуляции динамики кристаллизации».
Добавление молекулы замедлило кристаллизацию, что позволило сформировать кристаллические пленки с меньшим количеством дефектов. В прототипах тандемных солнечных элементов, изготовленных с использованием этого подхода, исследователи сообщили о коэффициенте преобразования энергии в 32,76 процента после 2 месяцев работы.
«Двухконтактный монолитный тандемный элемент на основе перовскита и туннельного оксида с пассивированным контактом обеспечивает сертифицированную стабилизированную эффективность преобразования энергии в 32,76% и сохраняет 91% своей первоначальной эффективности после 1700 часов непрерывной работы», — добавили исследователи в своей статье.
Команда надеется, что результаты их исследований будут внедрены в крупномасштабные процессы производства тандемных солнечных элементов и помогут в ближайшем будущем создать стабильные и высокоэффективные солнечные элементы в коммерческих масштабах.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Energy.
Sourse: interestingengineering.com
