Исследования по усовершенствованию перовскитного слоя для солнечных элементов
Солнечные панели, преобразующие солнечный свет в электрическую энергию уже давно стали неотъемлемой частью индустрии возобновляемой энергии. Помимо крупных панелей, используемых в гелиосистемах, есть небольшие модули, позволяющие использовать их для зарядки различных гаджетов (фонарей, электронных устройств и т. п.). Большинство солнечных элементов, продаваемых на рынке, созданы на базе кремния. И это приводит к значительному удорожанию оборудования и его небольшой эффективности по сравнению с традиционными источниками энергии.
Фото: www.oist.jp
Существует ряд специалистов, которое считают выходом из сложившейся ситуации использование такого материала, как металлогалогенид перовскит. При расположении кристаллической структуры этого материала в центре фотоэлемента преобразование света в электричество происходит с гораздо меньшими потерями, чем на кремниевых панелях в чистом виде. Элементы на базе перовскита можно выпускать на жестких и гибких подложках. Они получаются дешевле, легче и более гибкие. Однако чтобы их можно было использовать в промышленных масштабах, прототипы из этих материалов должны увеличить габариты, эффективность и срок эксплуатации.
Недавно были опубликованы результаты нового исследования специалистов отдела энергетических материалов и наук под руководством профессора Ябинга Ци (Yabing Qi) из Окинавского института науки и технологий (OIST). В этом исследовании было продемонстрировано, что успехом для перовскитных элементов может стать иная технология изготовления исходных материалов для них.
Как поясняет один из авторов исследования доктор Гуоцин Тонг (Guoqing Tong), в перовскитах присутствует кристаллический порошок под названием FAPbl3. Он формирует абсорбирующий слой этого материала. Раньше его изготавливали посредством объединения двух материалов FAI и PbI2, в результате реакции которых получался FAPbI3. Однако, по мнению исследователей, эта методика далека от совершенства. В результате протекания реакции остаются элементы исходных материалов, что снижает эффективность солнечной панели.
Фото: www.oist.jp
Для обхода этого недостатка, исследователи из OIST получали кристаллический порошок, используя более точную технологию порошковой инженерии. В качестве одного из исходных материалов они также брали PbI2, но делали ряд дополнительных шагов. Сначала они смешали ацетат формамидиния (FAAc) с йодистоводородной кислотой (HI). Затем был добавлен PbI2. После этого смесь нагревали до 90 градусов Цельсия. На заключительном этапе все оставшиеся примеси или непрореагировавшие материалы растворяли в воде и отфильтровывали. В результате им удалось получить высокое качество и безупречную структуру абсорбирующего слоя.
Ещё одним плюсом указанной методики является повышение стабильности перовскитного слоя при более широком диапазоне температур. Перовскит, получаемый по первоначальному методу стабилен при высоких температурах, а при комнатной меняет коричневый цвет на жёлтый. Это ухудшает способность поглощения солнечного света. Вариант перовскита, полученный исследователями, сохранял коричневый цвет даже при комнатной температуре.
Несколько ранее уже были получены солнечные элементы на основе перовскита, эффективность которых превышает 25%. Этот результат, сопоставим с фотоэлементами на базе кремния. Однако для коммерческого использования этих моделей нужно увеличить их габариты и стабильность.
Профессор Ци говорит, что лабораторные солнечные элементы имеют крошечные размеры. Одна ячейка имеет площадь всего около 0,1 см2. Работа ведётся с такими образцами, поскольку их легче всего синтезировать. Однако с точки зрения практического применения требуется значительно большие по размерам солнечные панели. Он также отмечает, что перовскитные элементы с эффективностью 25%, полученные ранее, работали всего несколько тысяч часов, а затем эффективность их работы стала снижаться.
Фото: www.oist.jp
Используя синтезированный порошок кристаллического перовскита, ученым удалось добиться эффективности преобразования солнечного света в электроэнергию на уровне 23%. Срок службы таких элементов не превышает 2 тысяч часов, а затем следует снижение эффективности их работы. При увеличении площади до 5 на 5 см эффективность элементов снизилась до 14%. В качестве доказательства проделанной работы было изготовлено устройство, где для зарядки литий─ионной аккумуляторной батареи использовалась солнечная панель с перовскитом.
По мнению доктора Тонга, полученный результат представляет собой очередной этап на создание эффективных и стабильных солнечных панелей на основе перовскита. Исследователи ставят перед собой следующую цель в виде создания солнечного модуля площадью 15 х 15 см с коэффициентом полезного действия (КПД) не менее 15%. Он также выразил надежду, что со временем здание их института OIST будет обеспечиваться электричеством с помощью солнечных модулей, созданных ими.
(голосов: 1, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
