Перовскитные солнечные элементы выдерживают накал

Мегатренды на глобальную устойчивость и чистую энергию влияют на наш подход к энергетическим стратегиям, направленным на более экологичное будущее планеты, поэтому возобновляемые технологии, такие как ветряные и солнечные, являются ведущими областями исследований. В сфере солнечных технологий за последние полтора десятилетия набрала популярность новая область – перовскитные солнечные элементы (ПСЭ). Однако в области, где доминируют кремниевые солнечные элементы, относительно новая технология перовскитных солнечных элементов должна не только обеспечивать высокую эффективность преобразования энергии (ЭПЭ), но и отвечать двум другим важнейшим требованиям для успешной коммерциализации: стабильности и масштабируемости. В недавно опубликованной статье Science исследователи KAUST сообщили о значимом событии – первом в истории успешном испытании ПСЭ нагревом во влажной среде. Испытание нагревом во влажной среде – это ускоренное и строгое тестирование на старение в условиях окружающей среды, направленное на определение способности солнечных панелей выдерживать длительное воздействие высокой влажности и повышенных температур. Испытание проводится в течение 1.000 часов в контролируемых условиях при влажности 85% и температуре 85 градусов Цельсия. Он направлен на воспроизведение многолетнего воздействия атмосферных условий и оценку таких факторов, как коррозия и отслаивание. Прохождение тестирования Жесткие параметры тестирования согласуются с требованиями к коммерциализации фотоэлектрических (ФЭ) технологий, которые должны гарантировать 25-30 лет эксплуатации для обычных модулей из кристаллического кремния. Чтобы пройти испытание, солнечный элемент должен сохранить 95% своей первоначальной производительности. Исследование под руководством Рэнди Азми (Randi Azmi), постдокторанта лаборатории KAUST Photovoltaics Laboratory Стефана Де Вольфа (Stefaan De Wolf), было нацелено на то, чтобы преодолеть устойчивый недостаток инкапсулированных ПСЭ в плане предотвращения протекания корпуса. Именно эта уязвимость 3D-перовскитных пленок делает возможным нежелательное проникновение внутрь атмосферных агентов и отвечает за ограниченную устойчивость к нагреву. Решение, найденное исследователями KAUST, заключается в разработке и внедрении 2D-перовскитных пассивирующих слоев для одновременного повышения эффективности преобразования энергии и срока службы ПСЭ. Могут ли перовскиты заменить кремний? Особенность перовскитов в том, что это тонкопленочная технология. Как и в случае с традиционными солнечными батареями, по-прежнему требуются два контакта, сделанные из определенных типов материалов. Один будет собирать электроны, а функция другого – собирать положительно заряженные "дыры", которые представляют собой отсутствие электронов. Но, в отличие от кремниевых пластин, перовскиты можно наносить непосредственно на стеклянную подложку, используя раствор прекурсора. Для приготовления раствора используется растворитель, который кристаллизуется в твердое состояние. Одним из существенных преимуществ является то, что материалы-прекурсоры могут быть изготовлены без необходимости использования дорогостоящего оборудования и энергоемких сред с температурой более 1.000 градусов, что характерно для более традиционных полупроводников, таких как кремний. "Это очень простой способ изготовления солнечных батарей. Кроме того, хотя оптоэлектронные свойства не являются уникальными, они превосходны. Они находятся на одном уровне с очень качественными традиционными полупроводниками. Это весьма примечательно", - пояснил де Вольф. Изменяя состав, можно также настраивать спектральную чувствительность с охватом всего спектра солнечного света – от ультрафиолетового до инфракрасного. Это довольно привлекательно для определенных приложений. Остающейся проблемой после производительности и стабильности является масштабирование. Солнечные элементы применяются в основном в коммунальном секторе, а также в панелях на крышах домов. "Рынок основан на кремнии, и он будет основан на кремнии, по крайней мере, в течение следующих 20 лет", - сказал де Вольф. - "Поэтому мы главным образом сосредоточены на улучшении характеристик перовскитных солнечных элементов, чтобы продвигать более эффективные "тандемные" решения, сочетающие в себе как традиционный кремний, так и перовскиты, причем нынешние результаты будут во многом способствовать повышению надежности таких перовскитно-кремниевых тандемных солнечных элементов"