Класс материалов из галогенидных перовскитов рассматривается как большая надежда на получение еще большего количества солнечной энергии при еще меньших затратах. Материалы очень дешевы, могут быть переработаны в тонкие пленки с минимальными затратами энергии и уже сейчас достигают эффективности, которая значительно выше, чем у обычных кремниевых солнечных элементов.
Цель: 20 лет стабильности на открытом воздухе
Однако ожидается, что солнечные модули будут обеспечивать стабильную производительность в течение как минимум 20 лет в условиях наружного применения при больших колебаниях температуры. Кремниевые фотоэлектрические элементы справляются с этим легко, в то время как полуорганические перовскиты довольно быстро теряют производительность. "Солнечный свет может нагревать внутреннюю часть фотоэлемента до 80 градусов Цельсия; в темноте элемент немедленно охлаждается до температуры снаружи. Это вызывает большие механические напряжения в тонком слое микрокристаллов перовскита, создавая дефекты и даже локальные фазовые переходы, так что тонкая пленка теряет свое качество", - объясняет профессор. Антонио Абате, который возглавляет большую группу в HZB.
Исследованные химические вариации
Вместе со своей командой и рядом международных партнеров он исследовал химическую модификацию, которая значительно улучшает стабильность тонкой пленки перовскита в различных архитектурах солнечных элементов, в том числе в архитектуре p-i-n, которая обычно немного менее эффективна, чем более часто используемая n-i-p архитектура.
"Мягкая оболочка" против стресса
"Мы оптимизировали структуру устройства и параметры процесса, основываясь на предыдущих результатах, и, наконец, смогли добиться решительного улучшения с помощью b-поли (1,1-дифторэтилена) или сокращенно b-pV2F", - говорит Гуйсян Ли, который защищает докторскую диссертацию под руководством профессора. Уменьшать. молекулы b-pV2F напоминают зигзагообразную цепочку, занятую чередующимися диполями. "Этот полимер, по-видимому, обволакивает отдельные микрокристаллы перовскита тонкой пленкой, как мягкая оболочка, создавая своего рода подушку против термомеханического напряжения", - объясняет Абате.
Рекордная эффективность для архитектуры p-i-n 24,6%
На самом деле, изображения сканирующего электронного микроскопа показывают, что в клетках с b-pV2F крошечные гранулы располагаются немного ближе. "Кроме того, дипольная цепь b-pV2F улучшает транспорт носителей заряда и, таким образом, повышает эффективность ячейки", - говорит Абате. Действительно, они произвели ячейки в лабораторном масштабе с эффективностью до 24,6%, что является рекордом для архитектуры p-i-n.
Один год использования на открытом воздухе
Недавно произведенные солнечные элементы были подвергнуты более чем сотне циклов при температуре от +80 до -60 градусов Цельсия и 1000 часов непрерывного освещения, эквивалентного 1 солнцу. Это соответствует примерно одному году использования на открытом воздухе. "Даже при таких экстремальных нагрузках в конечном итоге они все равно достигли 96% эффективности", - подчеркивает Абате. Это уже в правильном порядке величины. Если сейчас возможно еще немного снизить потери, солнечные модули из перовскита смогут по-прежнему производить большую часть своей первоначальной мощности через 20 лет - эта цель теперь близка к достижению.
Комментарии