Дешевые перовскитные солнечные панели станут в три раза долговечнее: как их защитили

В США ученые Северо-Западного университета разработали новое защитное покрытие, которое значительно продлевает срок службы перовскитных солнечных элементов. Они описали технологию в статье, опубликованной в журнале Science.

Перовскитные солнечные элементы более эффективны и менее дороги, чем традиционные кремниевые, однако менее долговечные. Обычно перовскитные солнечные элементы для большей стабильности покрывают слоем защитного вещества на основе аммония для повышения эффективности. Оно работает хорошо, однако деградирует под воздействием окружающей среды, включая колебания температуры и влажность.

Исследователи из Северо-Запада разработали более прочное покрытие на основе амидиния. Они добавили стабильные молекулы, способные взаимодействовать с перовскитом, предотвращая появление дефектов. Молекулы на основе аммония имеют атом азота, окруженный тремя атомами водорода и одной углеродсодержащей группой, в то время как молекулы на основе амидиния включают центральный атом углерода, связанный с двумя аминогруппами. Поскольку их структура позволяет электронам равномерно распределяться, молекулы амидиния более устойчивы в суровых условиях.

В ходе экспериментов вещество оказалось в 10 раз более устойчивым к разложению по сравнению с обычными покрытиями на основе аммония. Более того, амидиниевое покрытие в три раза увеличило срок службы солнечной ячейки — время, на исходе которого эффективность падает до 90% от ее первоначального значения при воздействии суровых условий.

Полученный солнечный элемент достиг впечатляющей эффективности 26,3%, что означает, что он успешно преобразовал 26,3% поглощенного солнечного света в электричество. Покрытый солнечный элемент также сохранил 90% своей первоначальной эффективности после 1100 часов испытаний в суровых условиях при воздействии тепла и света.

"В этой области уже давно работают над стабильностью перовскитных солнечных элементов. До сих пор большинство отчетов фокусировались на повышении стабильности самого перовскитного материала, игнорируя защитные слои. Улучшив защитный слой, мы смогли повысить общую производительность солнечных элементов", — отметил Бин Чен, один из руководителей исследования.

Другой руководитель, Меркури Канатзидис, добавил, что исследование направлено ​​на устранение одного из важнейших барьеров для широкого внедрения перовскитных солнечных элементов — стабильности в реальных, а не лабораторных условиях. Химическое соединение для покрытия значительно повысило долговечность, не пожертвовав при этом эффективностью. Благодаря этой технологии люди могут получить практичную и недорогую альтернативу фотоэлектрическим элементам на основе кремния.

Исследование провели при поддержке Министерства торговли, Национального института стандартов и технологий и Министерства энергетики США.