Прорыв в солнечной энергетике. Перовскитные элементы выдержали экстремальный нагрев
Испытательный стенд для нагрева новых перовскитных пленок (Фото: Университет Райса)
Исследователи из Университета Райса сделали весомый шаг в решении главной проблемы современной гелиоэнергетики — нестабильности перовскитных солнечных элементов.
Долгое время эти материалы считались перспективной и дешевой альтернативой традиционному кремнию, однако их склонность к быстрому разрушению под воздействием тепла препятствовала коммерческому использованию. Новая работа ученых смещает акцент с погони за рекордной эффективностью на обеспечение долговечности панелей.
Команда ученых разработала уникальный модифицированный раствор-прекурсор, который позволяет создавать чрезвычайно устойчивые кристаллические структуры. В лабораторных испытаниях созданные пленки продемонстрировали впечатляющую выносливость: после 1200 часов непрерывной работы в условиях ускоренного старения при температуре 90 °C они сохранили 98% своей первоначальной эффективности.
Секрет успеха заключается в использовании специальных добавок — двухмерного перовскита и хлорида формамидиния. Первый компонент служит своеобразной матрицей, направляющей рост кристаллов, а второй регулирует процесс их формирования. Благодаря такому сочетанию в кристаллической решетке возникает сжимающее напряжение, которое стабилизирует так называемую «черную фазу». Именно эта фаза способна максимально поглощать солнечный свет, не превращаясь в нежелательную «желтую фазу», которая отражает лучи и делает элемент неэффективным.
Ученые сравнивают свой метод с сеткой для шариков: без надлежащей структуры элементы материала располагаются хаотично, но с добавлением новых компонентов они четко занимают свои места. Кроме того, присутствие хлора меняет сам механизм распада материала, направляя его значительно более сложным и медленным энергетическим путем. Это позволяет избежать быстрой деградации, которая обычно происходит после охлаждения панелей.
Для подтверждения результатов исследователи использовали специальную установку, позволяющую тестировать до 100 устройств одновременно. Полученные данные открывают путь к массовому производству тандемных солнечных элементов, где сочетание перовскита и кремния может обеспечить КПД более 30%.
Подробные результаты исследования опубликованы в авторитетном научном журнале Science.
