97% эффективности после 2000 часов стресс-тестов: Китай представил солнечную батарею, которая не боится тени

Команда Гонконгского политехнического университета (PolyU) создала новый перовскитно-органический тандемный солнечный элемент, который хорошо работает даже тогда, когда часть его находится в тени. Согласно их исследованию, эти тонкопленочные солнечные элементы сохранили более 90 % своей первоначальной эффективности после воздействия сильного обратного напряжения –40 В, которое обычно наносит ущерб стандартным тонкопленочным солнечным элементам.

Когда деревья, облака, здания или даже птицы блокируют солнечный свет, солнечные панели могут испытывать обратное смещающее напряжение. Это отрицательное напряжение снижает выход электроэнергии и может необратимо повредить тонкопленочные солнечные элементы. Команда PolyU утверждает, что их новая конструкция гораздо более устойчива к этой проблеме, что делает технологию более пригодной для реального применения.

Скрытые дефекты приводят к повреждению солнечных элементов

Тонкопленочные солнечные технологии, такие как теллурид кадмия, селенид меди-индия-галия, перовскит и органические солнечные элементы, пользуются популярностью, поскольку они легкие, гибкие и дешевле в производстве. Но все они сталкиваются с проблемами, когда часть панели находится в тени. В таких условиях затененные элементы могут генерировать отрицательное напряжение, которое создает нагрузку на материал. Поскольку эти солнечные элементы переносят как электроны, так и ионы, длительное пребывание в состоянии обратного смещения может снизить их производительность и в конечном итоге привести к повреждению. Повышение их устойчивости к обратному смещению является залогом более длительного срока службы.

Исследователи тщательно изучили органические солнечные элементы, поскольку их реакция на условия обратного смещения до сих пор недостаточно изучена, хотя их эффективность значительно повысилась за последние годы.

Исследователи определили причину повреждений, возникших при обратном смещении

Команда установила, что повреждения возникают из-за дефектов, известных как глубокие ловушечные состояния (deep trap states), в слое объемного гетероперехода (bulk heterojunction) — именно там образуется электрический ток. Эти дефекты удерживают электрические заряды, что снижает эффективность и значительно повышает риск необратимых повреждений при работе в режиме обратного смещения.

В результате новые органические солнечные элементы смогли выдержать пробивное напряжение свыше –35 В. Это означает, что они способны переносить такое обратное смещение без необратимых повреждений, устанавливая новый стандарт стабильности и эффективности для органических солнечных элементов.

Тандемные элементы защищают перовскитный слой

Исследование также показало, что усовершенствованные органические солнечные элементы защищают перовскитный слой в неорганических перовскитно-органических тандемных солнечных элементах типа n-i-p. Это происходит благодаря подавлению явления обратного туннелирования, при котором обратный ток повреждает устройство во время затенения.

Даже после воздействия напряжения –40 В тандемные солнечные элементы сохранили более 90 % своей первоначальной эффективности. Устройства также продемонстрировали высокую долгосрочную стабильность. После работы при напряжении –20 В в течение 12 часов они сохранили 90% исходной эффективности. После работы при напряжении –4,5 В в течение 2000 часов (примерно 83 дня) они сохранили 97 % своей эффективности. По словам исследователей, эти результаты превосходят возможности современных тонкопленочных солнечных технологий.

Эти результаты развивают предыдущие достижения в области эффективности

Новая работа стала продолжением предыдущего исследования команды, опубликованного в журнале Nature Energy в 2025 году. Тогда они создали тандемные (неорганические + перовскитно-органические) солнечные элементы типа n-i-p с эффективностью преобразования энергии 25,9%, которая была независимо подтверждена на уровне 25,1% с использованием технологии модуляции нижнего контакта. Профессор Ли Ган подытожил:

В новом исследовании тандемные солнечные элементы достигли эффективности преобразования энергии свыше 26% и стали значительно более устойчивыми к нагрузкам, связанных с обратным смещением. Это приближает технологию к практическому применению в реальных солнечных модулях. Исследование опубликовано в журнале Nature Materials.

Источник: Interesting Engineering