Опубликовано в журнале Наука Исследование чистой энергии, проведенное Университетом Толедо в сотрудничестве с Университетом Вашингтона, Университетом Торонто, Северо-Западным университетом и Швейцарскими федеральными лабораториями материаловедения и технологии, решило проблему долговечности перовскитовых солнечных элементов, приблизив технологию на один шаг к использованию солнечных панелей на потребительском рынке.

"Перовскитовые солнечные элементы предлагают путь к снижению стоимости солнечной электроэнергии, учитывая их высокую эффективность преобразования энергии и низкую себестоимость производства", - сказал доктор Янфа Ян, заслуженный профессор физики Университета Утоледо и член Центра инноваций и коммерциализации фотоэлектрики Утоледо Райт. "Однако нам необходимо было повысить долговечность новой технологии солнечных элементов при эксплуатации на открытом воздухе".

Технология должна десятилетиями сохраняться на открытом воздухе при любых погодных условиях и температурах, не подвергаясь коррозии и не выходя из строя.

"Эта проблема больше не является препятствием для использования потенциала перовскитовых солнечных элементов", - сказал Ян. "Наша прорывная работа улучшила стабильность устройства и представляет способы достижения успеха после десятилетия исследований и разработок".

Команда обнаружила ингредиент, который повышает адгезию и механическую прочность.

Исследователи экспериментально продемонстрировали, что перовскитные солнечные элементы, обработанные 1,3-бис (дифенилфосфино) пропаном (DPPP), молекулой на основе дифосфина Льюиса, сохраняют высокую эффективность преобразования энергии и демонстрируют превосходную долговечность после непрерывной работы при моделируемом солнечном освещении в течение более 3500 часов, или более 145 дней.

Они использовали то, что называется one sun illumination, что эквивалентно солнечному свету на открытом воздухе.

"Фосфинсодержащие молекулы основания Льюиса с двумя электронодонорными атомами обладают сильной связью с поверхностью перовскита", - сказал Ян. "Мы увидели сильное благотворное влияние на качество перовскитовой пленки и производительность устройства, когда обработали перовскитовые солнечные элементы DPPP".

"DPPP также является коммерческим продуктом с низкой стоимостью и легкой доступностью, что делает его подходящим для коммерциализации перовскитовых солнечных элементов", - сказал доктор Чжаонинг Сонг, доцент-исследователь в лаборатории Яна в УТоледо и один из авторов новой статьи.

Исследователи говорят, что следующим шагом для продвижения технологии вперед является использование их результатов для придания стабильности перовскитовым панелям.

Доктор Чонгвен Ли, первый автор исследования и выпускник UToledo, работал с Яном в качестве аспиранта. Ли получил степень доктора философии по физике в УТоледо в 2020 году. Он является постдокторским исследователем в Университете Торонто.

"Продолжение использования потенциала стабильности перовскитовых солнечных элементов является важнейшим приоритетом для продолжающейся декарбонизации мировой экономики", - сказал Ли. "После успешной демонстрации DPPP по повышению стабильности перовскитовых солнечных элементов мы продолжаем применять его к перовскитовым солнечным панелям большой площади и продвигаем прототип устройства к коммерциализации".

Компания UToledo уже более 30 лет является первопроходцем в области исследований и разработок в области солнечной энергетики.

Прошло десять лет с тех пор, как команда Яна в UToledo определила идеальные свойства перовскитов, сложных материалов со специальной кристаллической структурой, сформированной химическим путем, и начала сосредотачивать свои усилия на объединении двух разных солнечных элементов для увеличения общей электрической мощности, вырабатываемой за счет использования двух разных частей солнечного спектра.

В ноябре команда ученых из Утоледо, Университета Торонто и Северо-Западного университета совместно создали полностью перовскитовый тандемный солнечный элемент с рекордным напряжением. Исследование было опубликовано в журнале Природа.

"Северо-Западный Огайо является мировым лидером в области солнечных технологий, и Университет Толедо был в авангарде прорыва за прорывом. Инвестиции и сотрудничество между Министерством энергетики и специалистами-исследователями мирового класса в наших университетах продолжают приносить дивиденды, поскольку работающие мужчины и женщины извлекают выгоду из растущей солнечной индустрии", - сказала член Конгресса Марси Каптур (OH-09), высокопоставленный член Подкомитета Палаты представителей по ассигнованиям на развитие энергетики и водных ресурсов. "Как ведущий специалист по развитию энергетики и водных ресурсов, я буду продолжать выступать за разумные инвестиции для обеспечения энергетической независимости Америки".

Центр инноваций и коммерциализации фотовольтаики имени Райта был создан в Утоледо в 2007 году для поддержки исследований и производства солнечной энергии при поддержке Министерства развития штата Огайо в размере 18,6 миллионов долларов, а также соответствующих взносов в размере 30 миллионов долларов от федеральных агентств, университетов и промышленных партнеров.