Новый самоорганизующийся монослойный контактный слой (SAM) выполняет функцию слоя «переноса дырок», способствуя потоку электрического заряда.
Исследователи из Национального университета Сингапура (НУС) разработали метод повышения долговечности тандемных солнечных элементов на основе перовскита и кремния.
Это позволяет устройствам сохранять более 96% своей первоначальной производительности после 1200 часов непрерывной работы при температуре 149 °F.
В исследовании подробно описывается новая молекулярная конструкция, которая улучшает взаимодействие между слоями клеток.
«Благодаря новому сшитому слою тандемные ячейки на основе перовскита и кремния, разработанные исследователями Национального университета США, достигли эффективности свыше 34 процентов, включая сертифицированный показатель в 33,6 процента, полученный в независимом испытательном центре», — сообщили исследователи в пресс-релизе.
Определение узких мест стабильности
Тандемные солнечные элементы на основе перовскита и кремния сочетают в себе два различных материала, что позволяет улавливать более широкий спектр солнечного света, чем традиционные кремниевые панели. Хотя теоретически эти гибридные устройства достигли эффективности почти 35%, их внедрение ограничено проблемами нестабильности.
Коммерческие кремниевые панели обычно надежно работают в течение 20–25 лет — стандарт, которому тандемные конструкции следующего поколения с трудом соответствуют из-за быстрого ухудшения характеристик под воздействием тепла.
Исследовательская группа под руководством доцента Пак Сомина с кафедры химии факультета естественных наук Национального университета Сингапура начала исследование с воссоздания высокоэффективных тандемных ячеек, описанных в существующей литературе.
Подвергая эти ячейки постоянному воздействию света и тепла, они определили, что основной точкой отказа был не сам материал перовскита, как предполагалось ранее, а сверхтонкий контактный слой, соединяющий перовскит с кремнием.
Изменение молекулярного интерфейса
Этот контактный слой, известный как самоорганизующийся монослой (SAM), служит слоем «переноса дырок», способствующим прохождению электрического заряда. Исследователи наблюдали, что обычные SAM теряют свою упорядоченную структуру под воздействием повышенных температур.
Доцент Вэй Минъян с кафедры материаловедения и инженерии Колледжа дизайна и инженерии Национального университета Сингапура объяснил причину механической поломки.
«Обычные SAM действуют как ковер из молекул, который помогает перемещать заряды», — добавил доцент Вэй.
«Когда они нагреваются слишком сильно, волокна начинают скручиваться, оставляя зазоры, которые блокируют поток электричества».
Чтобы решить эту проблему, команда разработала модифицированный SAM, способный формировать сшитую сеть.
«В процессе сборки молекулы образуют друг с другом крошечные химические связи, создавая прочный слой, который устойчив к нагреванию и сохраняет свою структуру во время эксплуатации», — поясняется в пресс-релизе.
«Этот сшитый молекулярный контакт улучшил взаимодействие между слоями и помог всему солнечному элементу сохранить высокую эффективность с течением времени».
Путь к коммерческому применению
Целью разработки является приведение срока службы тандемных ячеек в соответствие с действующими промышленными стандартами.
Доцент Пак отметил, что для того, чтобы эти ячейки стали жизнеспособной альтернативой традиционным панелям, они должны сохранять стабильность в полевых условиях, не требуя при этом сложных производственных процессов.
«Мы сосредоточились на укреплении самого слабого звена — сверхтонкого молекулярного слоя между двумя материалами», — заключил доцент Пак.
«Определение основной причины снижения производительности (SAM), а затем ее укрепление — это прорыв, необходимый для повышения стабильности этих солнечных элементов».
Sourse: interestingengineering.com
