Микроинженерия: российские ученые повысили ресурс печатных солнечных батарей
Коллектив российских исследователей предложил новую технологию, приближающую массовое производство солнечных батарей нового поколения. Чтобы усовершенствовать структуру кристаллической пленки перовскита, ученые дополнили проводник химическим соединением на основе валериановой кислоты, которое делает солнечные элементы устойчивее к внешним стрессовым факторам – влаге, кислороду, перепаду температур – и повышает их фотоэлектрические свойства.
Перовскитные солнечные элементы третьего поколения (HP-PV) – одна из наиболее перспективных разработок в области фотоэнергетики. На данный момент их эффективность сопоставима с показателями кремниевых полупроводников, но при этом из-за широкого диапазона поглощения света они могут эффективно работать в условиях малой освещённости, характерной, например, для средней полосы России, особенно в осенне-зимний период. Несмотря на большие перспективы, перовскитные солнечные элементы остаются чувствительными к влиянию окружающей среды: из-за внутренних и внешних химических процессов. На границах слоев между зернами перовскита есть вероятность образования дефектов, приводящих к утечкам тока и замедлению времени отклика.
Коллектив исследователей из НИТУ МИСИС, ИТМО и ИОНХ РАН разработал способ химической стабилизации, который вдвое увеличил надежность работы солнечных элементов при термоциклировании. Ученые применили ультратонкий слоистый перовскит на основе валериановой кислоты для компенсации состояний йода, свинца и азота в присутствии постоянной влажности и кислорода. Он образует защитную прослойку, а на молекулярном уровне ограничивает миграцию ионов и улучшает контакт между слоями материала, повышая производительность солнечного модуля. С подробностями исследования, поддержанного грантом РНФ (№ 24-62-00022), можно ознакомиться в научном журнале Applied Surface Science (Q1).
«Мы создали более устойчивые многослойные материалы на основе перовскита, состоящего из формамединиума свинца и йода, добавив к нему специально синтезированный гибридный органо-неорганический квази-2D перовскит на основе валериановой кислоты. Он сдерживает разложение молекул до иодида свинца PbI2, подавляя миграцию ионов к металлическому электроду в фотоактивном слое, что делает структуру материала стабильнее. Подавив окисление катиона, мы замедлили процесс оксидации металлических контактов в многослойных структурах, имитирующих перовскитный солнечный элемент», – рассказывает инженер научного проекта лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Лев Лучников.
«Мы установили, что солнечные элементы с модифицированными слоями перовскита сохраняют более 90% эффективности спустя 1000 часов работы, тогда как эффективность контрольных образцов снижалась за это время до 70 %», – отметил профессор физического факультета Университета ИТМО Евгений Теруков.
Малая толщина поглощающего слоя позволяет создавать тонкопленочные структуры с помощью простых и недорогих методов нанесения. В перспективе гибкие солнечные проводники можно будет размещать на фасадах домов, крышах, окнах и балконных ограждениях зданий.
«Новый метод повышения стабильности перовскитных солнечных элементов достаточно просто внедряется в цикл печати перовскитных солнечных батарей, что делает его перспективным для масштабирования в панелях и модулях. Эту и подобные технологии мы успешно отрабатываем в рамках стратегического технологического проекта НИТУ МИСИС „Энергия материалов“ по программе Минобрнауки России „Приоритет-2030″», – добавил д.т.н. Данила Саранин, заведующий лабораторией перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС.
Источник информации и фото: пресс-служба НИТУ МИСИС
Разместила: Наталья Сафронова