Как поддерживать стабильную долгосрочную работу перовскитных солнечных элементов?

В последние годы перовскитные материалы быстро становятся популярными кандидатами на использование солнечной энергии. Однако одним из его основных недостатков является то, что он легко разлагается под прямыми солнечными лучами. Хорошей новостью является то, что группа исследователей из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) только что представила новое покрытие для перовскитных фотоэлектрических панелей, обладающее повышенной устойчивостью к солнечному свету.

Согласно статье, недавно опубликованной в журнале Nature, исследователи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе нашли основную причину проблемы и предложили простое прикладное решение, которое можно внедрить в производственный процесс.

Материалы на основе кремния уже давно занимают значительное место в области солнечных элементов, и лишь немногие материалы могут сравниться с ними по эффективности, долговечности, стоимости и так далее.

Однако в последние годы, с ростом исследований металлогалогенидов, перовскиты быстро превращаются в серьезных конкурентов — помимо того, что они близки по эффективности к материалам на основе кремния, они также легче, гибче и дешевле.

Однако одна проблема с перовскитными материалами заключается в том, что они легко разлагаются под прямыми солнечными лучами, поэтому их эффективность со временем снижается.

Предыдущие попытки исследователей добавить макромолекулы, старые пигменты, углеродные наноточки из волос, двумерные добавки, соединения перца и даже технологию квантовых точек пытались решить проблемы долговечности перовскитных солнечных элементов.

К счастью, команда Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе обнаружила механизм разложения перовскитовых материалов. По иронии судьбы, это явление оказывается результатом процессов обработки поверхности, предназначенных для устранения дефектов и повышения их эффективности.

Сообщается, что процесс включает в себя покрытие поверхности слоем органических ионов, но исследовательская группа обнаружила недостаток этого — электроны, несущие энергию, будут накапливаться на поверхности перовскитовой фотоэлектрической панели.

Что еще хуже, это условие, в свою очередь, нарушает расположение атомов перовскита, что в конечном итоге приводит к их разрушению с течением времени.

Ввиду этого команда Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе подумала о добавлении пар положительных и отрицательных ионов в процесс обработки поверхности, чтобы решить эту проблему.

Это не только помогает сохранить нейтральную и стабильную поверхность, но и не мешает первоначальному процессу предотвращения дефектов.

Чтобы проверить эффект нового процесса покрытия, исследователи провели тест на ускоренное старение улучшенной перовскитовой солнечной панели в условиях яркого освещения в любую погоду.

Было обнаружено, что новая технология позволяет перовскитной фотоэлектрической панели поддерживать эффективность преобразования до 87 процентов через 2,000 часа. В необработанной контрольной группе он упал до 65 процентов.

В конце концов, соавтор исследования Шон Тан сказал: «Наши перовскитные солнечные элементы достигают наиболее стабильно высокой эффективности, известной на сегодняшний день».

В то же время команда Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе также заложила новые фундаментальные знания, на основе которых сообщество может продолжать развивать и улучшать эту многоплоскостную технологию для усовершенствования конструкции более стабильных перовскитных солнечных элементов.