Ученые продлили срок службы солнечных панелей "на века": как им это удалось

В материал панелей встроили специальные молекулы, которые работают как микроскопические "резервуары", позволяя структуре восстанавливаться без потери эффективности, пишет NanoWerk.

Перовскитовые солнечные элементы — легкие, гибкие и сверхэффективные — давно считаются хорошей альтернативой традиционным панелям. В лабораторных условиях они уже превосходят кремний по способности преобразовывать солнечный свет в электричество. Однако у них есть фатальная уязвимость: ячейки химически хрупкие и быстро разрушаются под воздействием даже незначительного количества влаги.

Вода запускает химические реакции, нарушающие структуру кристалла перовскита, что приводит к быстрой и часто необратимой потере производительности. Предыдущие попытки решить эту проблему с помощью защитных барьерных слоев лишь замедляли, но не останавливали процесс деградации.

Как совершили прорыв

Успехов в этом направлении достигли исследователи из Южной Кореи. Они предложили не защищать материал, а дать ему возможность самовосстанавливаться. Для этого они внедрили в структуру перовскита особый класс разветвленных молекул — дендримеры.

Эти древовидные молекулы выполняют двойную функцию. Своими внутренними "ветвями" они улавливают и удерживают ключевые химические компоненты, уходящие из кристалла при контакте с водой. Внешние же "ветви" стабилизируют общую структуру, не давая ей полностью разрушиться.

Когда влага испаряется и условия становятся сухими, дендримеры отпускают захваченные компоненты, позволяя кристаллической решетке перовскита самостоятельно восстановиться до своей первоначальной, наиболее эффективной формы. Важно, что дендримеры не мешают электрическим свойствам материала, в отличие от других добавок.

Повторяемое самовосстановление

Испытания показали, что солнечные ячейки с дендримерами способны многократно восстанавливаться. После десяти циклов "увлажнение-высыхание" они сохранили более 90% своей первоначальной эффективности преобразования энергии. В то же время, обычные ячейки без дендримеров быстро и необратимо деградировали.

Этот подход, встраивающий механизм регенерации непосредственно в сам материал, может в будущем превратить перовскиты из лабораторного материала в надежную и долговечную технологию для реального применения в энергетике.

Раньше Фокус писал, что солнечные панели оказались токсичными. Перовскитовые ячейки обещают прорыв в эффективности панелей. Однако в их производстве применяются токсичные химикаты, что несовместимо с имиджем "зеленой" энергетики. Проблему смогли устранить исследователи, приблизив технологию к коммерциализации.