Исследователи изготовили перовскитные фотоэлектрические элементы с эффективностью преобразования энергии 23,6%
Группа исследователей из Национального университета Сингапура (NUS) разработала фотоэлектрические элементы с использованием органических материалов и перовскита, которые показали рекордную эффективность преобразования энергии. Был достигнут результат 23,6%, что приближается к эффективности обычных кремниевых солнечных элементов. Если учёным удастся довести эту разработку до серийного производства, то откроется путь к созданию гибких, лёгких, тонких и недорогих фотоэлектрических элементов. Их можно будет использовать для питания электромобилей, лодок, а также прочих устройств и приспособлений.
Изображение: nus.edu.sg
Ведущий автор исследования, профессор Хоу И (Hou Yi), говорит, что технологии экологически чистой и возобновляемой энергии сейчас очень важны для сокращения выбросов парниковых газов. Одной из наиболее многообещающих технологий в этой сфере являются солнечные элементы, которые напрямую преобразуют энергию солнца в электричество. И очень важным является высокая эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую. Чем эта эффективность выше, тем больше электроэнергии можно получать с единицы площади солнечных электростанций. Хоу И работает в Департаменте химической и биомолекулярной инженерии Национального университета США, а также возглавляет группу «Многопереходные солнечные элементы на основе перовскита» в Научно-исследовательском институте солнечной энергии Сингапура.
Один из авторов исследования, доктор Чен Вей (Chen Wei), отметил, что основной целью проведенной работы было повышение эффективности преобразования энергии в тандемных солнечных элементах на основе перовскита и органических материалов. Он сказал, что полученный результат эффективности преобразования энергии в 23,6% является лучшим на сегодняшний день для фотоэлементов такого типа.
Полученные результаты являются существенным рывком по сравнению с нынешним коэффициентом преобразования энергии (около 20%), который был получен в других исследованиях тандемных солнечных элементов на основе перовскита и органики. И этот результат почти вплотную приблизился к коэффициенту преобразования энергии, который показывают кремниевые солнечные элементы, являющиеся сейчас доминирующими в солнечной энергетике. Описание своей работы и полученные результаты ученые опубликовали в журнале Nature Energy 20 января 2022 года.
Новые тренды в солнечной энергетике
Технология солнечных батарей в последние годы растёт огромными темпами. Всё большее значение приобретает надёжность, эффективность, длительный срок службы и стоимость солнечных элементов. Эти факторы оказывают существенное влияние на коммерческий потенциал и масштабы реализации проектов солнечной энергетики по всему миру. Стандартные фотоэлектрические элементы, используемые в гелиоэлектростанциях, основаны на архитектуре с одним переходом. Эффективность таких элементов, которые получают при серийном производстве, ограничена отметкой в 27%. Поэтому ученые постоянно ищут новые решения, чтобы расширить границы солнечной энергетики.
Чтобы увеличить эффективность преобразования энергии выше отметки 30%, требуются пакетные решения из двух или более поглощающих слоев. Это так называемые многопереходные или тандемные солнечные элементы. Они изготавливаются с использованием двух разных типов фотоэлектрических материалов. В своём исследовании команда специалистов под руководством Хоу использовала перовскит/органические тандемные солнечные элементы. Полученные образцы открывают дорогу для производства в будущем лёгких и гибких тонкоплёночных тандемных солнечных элементов.
Серьёзный рывок в эффективности преобразования энергии
Тандемный солнечный элемент включает в себя два или более субэлементов, которые соединяются с помощью специальных слоёв – interconnecting layers (ICL). Эти слои играют ключевую роль в производительности системы. Слои ICL должны быть оптически прозрачными, химически инертными и проводящими электрический ток. Несмотря на то, что тандемные фотоэлементы из перовскита и органики подходят для только плёночных фотоэлектрических элементов будущего поколения, пока по эффективности они отстают от прочих типов таких систем.
Для решения этой проблемы Хоу и возглавляемая им группа учёных разработали новый и эффективный ICL, который снижает напряжение, а также уменьшает электрические и оптические потери в тандемном фотоэлементе. Благодаря этой новой разработке, удалось повысить коэффициент преобразования энергии до 23,6%. Хоу говорит, что полученные результаты демонстрируют большой потенциал тандемных солнечных элементов на основе перовскита в плане их коммерческого использования в будущем. По его мнению, данная работа является лишь основой для дальнейшего улучшения производительности и расширения масштабов этой технологии.
(голосов: 1, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
