Як зберегти стабільну довготривалу роботу перовскітних сонячних елементів?

В останні роки перовскітні матеріали швидко стають популярним кандидатом на сонячну енергетику. Однак одним з його головних недоліків є те, що він легко розкладається під прямими сонячними променями. Хороша новина полягає в тому, що команда дослідників з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі (UCLA) щойно представила нове покриття для фотоелектричних панелей з перовскіту, що має покращену стабільність у сонячному світлі.

Згідно зі статтею, нещодавно опублікованою в журналі Nature, дослідники з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі знайшли першопричину проблеми і запропонували просте прикладне рішення, яке можна реалізувати в процесі виробництва.

Протягом тривалого часу матеріали на основі кремнію займали значне місце в області сонячних батарей, і лише деякі матеріали можуть зрівнятися з ними за ефективністю, довговічністю, вартістю тощо.

Однак останніми роками, з появою металогалогенних досліджень, перовскіти швидко перетворюються на серйозного конкурента – крім того, що вони близькі до ефективності матеріалів на основі кремнію, вони також легші, гнучкіші та дешевші.

Одна з проблем перовскітних матеріалів, однак, полягає в тому, що вони легко розкладаються під впливом прямих сонячних променів, тому їх ефективність з часом зменшується.

Попередні спроби дослідників додати макромолекули, старі пігменти, вуглецеві наноточки з волосся, двовимірні добавки, сполуки перцю і навіть технологію квантових точок намагалися врятувати проблеми довговічності перовскітних сонячних елементів.

На щастя, команда UCLA знайшла механізм розкладання перовскітних матеріалів. За іронією долі, це явище виявляється наслідком процесів обробки поверхні, призначених для усунення дефектів і підвищення їх ефективності.

Повідомляється, що процес включає покриття поверхні шаром органічних іонів, але дослідницька група виявила недолік цього – електрони, що несуть енергію, будуть накопичуватися на поверхні фотоелектричної панелі з перовскіту.

Що ще гірше, ця умова, у свою чергу, порушує розташування атомів перовскіту, в кінцевому підсумку викликаючи їх руйнування з часом.

З огляду на це, команда UCLA подумала про додавання позитивних і негативних іонних пар у процес обробки поверхні, щоб вирішити цю проблему.

Це не тільки допомагає зберегти нейтральну та стабільну поверхню, але й не заважає початковому процесу запобігання дефектам.

Щоб перевірити ефект нового процесу нанесення покриття, дослідники провели змодельований тест на прискорене старіння вдосконаленої перовскітної сонячної панелі в умовах яскравого освітлення в будь-яку погоду.

Було виявлено, що нова технологія дозволила фотоелектричній панелі з перовскіту підтримувати ефективність перетворення до 87 відсотків через 2,000 години. У контрольній групі, яка не отримувала лікування, вона впала до 65 відсотків.

Наприкінці співавтор дослідження Шон Тан сказав: «Наші перовскітні сонячні батареї досягають найстабільнішої високої ефективності, відомої на сьогоднішній день».

У той же час команда UCLA також заклала нові фундаментальні знання, на основі яких спільнота може далі розвивати та вдосконалювати цю багатопланову технологію для просування дизайну більш стабільних перовскітних сонячних елементів.