Исследователи нашли решение крупной проблемы в технологии перовскитных солнечных батарей

Ученые-материаловеды из Инженерной школы Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе , а также специалисты из пяти других университетов планеты обнаружили основную проблему перовскитных солнечных элементов. Она препятствует повышению эффективности преобразования энергии. Из-за этого перовскиты и солнечные элементы разрушаются под действием солнечного света и их производительность со временем падает. Исследовательская группа продемонстрировала простое решение для производства, чтобы устранить причину деградации. Разработка устраняет одно из крупных препятствий на пути к коммерческому внедрению технологии тонкопленочных солнечных элементов.

Перовскиты являются группой материалов, имеющих то же расположение атомов или кристаллическую структуру, что и минеральный оксид кальция и титана. Подгруппа перовскитов под названием металлогалогенидные перовскиты, вызывает большой интерес в исследовательском сообществе из-за их многообещающего будущего в сфере эффективных тонкопленочных солнечных элементов.

Солнечные элементы на основе перовскита можно выпускать с гораздо меньшими затратами, чем аналогичные панели на основе кремния. В результате, технологии солнечной энергетики могут стать более доступными. Однако перед этим нужно решить известную проблему деградации перовскитных солнечных элементов при длительном воздействии света. Ян говорит, что перовскиты изнашивается под воздействием солнечного света значительно быстрее кремниевых аналогов. Поэтому эффективность преобразования солнечного света в электрическую энергию со временем снижается.

Проведённое исследование, по словам Яна, показывает, причины деградации и решение проблемы. По мнению учёных, им удалось сделать крупный прорыв в технологии перовскитов и значительно приблизить их коммерциализацию и широкое внедрение.

Стандартная обработка поверхности, которая используется для устранения дефектов солнечных элементов, включает осаждение слоя органических ионов. Этот слой делает поверхность отрицательно заряженной. Исследователи обнаружили, что в результате такой обработки непреднамеренно создаётся более богатая электронами поверхность. Она становится потенциальной ловушкой для электронов, переносящих энергию. В результате дестабилизируется упорядоченное расположение атомов. Как результат, со временем перовскитные солнечные элементы становятся все менее эффективными. В конечном итоге солнечные элементы остановятся не привлекательными для коммерческого использования.

После этого открытия, исследовательская группа нашла способ решения проблемы долговременной деградации. Для этого они соединили положительно заряженные ионы с отрицательно заряженными, которые предназначены для обработки поверхности. В результате поверхность становится более нейтральный к электронам и имеет большую стабильность. При этом сохраняется целостность обработки поверхности для предотвращения дефектов.

Команда специалистов провела тестирование выносливости своих солнечных элементов в  условиях ускоренного старения и круглосуточного освещения, которое имитирует солнечный свет. Как сообщают ученые, разработанным ими ячейкам удалось сохранить 87% их первоначальной производительности преобразования солнечного света в электричество в течение более 2000 часов. Солнечные элементы, которые использовались без решения вышеназванной проблемы, за то же время теряли 65% своей первоначальной производительности.

Тан отметил, что разработанные перовскиты и солнечные элементы являются одними из наиболее стабильных эффективных, о которых известно на сегодняшний день. Он также говорит, что исследовательской группе удалось заложить новые фундаментальные знания, на основе которых можно будет развивать и совершенствовать стабильные перовскитные солнечные элементы.

Сообщается, что исследование было поддержано Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США.