MY.UAНовости
С картинками
Текстовый вид
ru
УкраинскийРусский
25 сентября, пятница

Более 95 % после 1600 часов работы батареи: появился новый экологичный перовскит

Понад 95% після 1600 годин роботи батареї. з’явився новий екологічний перовскіт

Чистая энергетика наконец-то может позволить себе быть полностью чистой. Учёные создали материал на основе оловянного перовскита, оснащённый встроенной защитой от воздуха и влаги, который работает почти как молекулярный дождевик для солнечных элементов. Это достижение стало результатом совместных усилий команды под руководством Университета Висконсина в Мэдисоне, Национальной лаборатории Скалистых гор и других партнерских учреждений.

Интересно, что эти оловянные перовскиты могут стать перспективной экологически безопасной альтернативой опасным солнечным элементам на основе свинца. Однако предыдущие изделия на основе олова обычно быстро разрушались под воздействием воздуха и воды. Новый «дождевик» решает эту проблему.

«Мы хотели найти способ защитить эти материалы, сохранив при этом свойства, которые делают их привлекательными для использования в солнечных элементах», — — заявил Сонг Цзинь, профессор химии Университета Висконсина в Мэдисоне.

Совместная команда представила молекулярную модификацию, которая обеспечивает солнечным элементам на основе олова встроенную защиту от этих факторов. Она решает главное препятствие, мешающее нетоксичным перовскитным фотоэлектрическим технологиям выйти на коммерческий рынок: долговечность.

Встроенная защита

Поскольку солнечные панели занимают миллионы акров, риск утечки токсичных веществ из поврежденных или утилизированных панелей остается самым серьезным препятствием, которое сдерживает выход солнечных элементов на основе свинца на рынок. Оловянные перовскиты обладают превосходными свойствами поглощения света и переноса электрического заряда, но быстро деградируют под воздействием воздуха и влаги.

«Вместо того чтобы добавлять поверх солнечных элементов громоздкий физический защитный слой, команда интегрировала защиту непосредственно в микроскопическую структуру материала. Все свелось к точной настройке на атомном уровне», — рассказывают исследователи.

Сун Цзинь и его команда проводили эксперименты с различными атомами галогенов — фтором, хлором и бромом, — чтобы изменить органические компоненты материала. В рамках исследования была создана смешанная гетероструктура из двумерных и трехмерных компонентов (2D/3D).

«Интересно, что после введения хлорированной версии произошло нечто примечательное: кристаллы перовскита стали упаковываться значительно плотнее, чем раньше. Такая плотная атомная упаковка работает как молекулярный щит. Вода и кислород не могут проникнуть внутрь, создавая защитный барьер, который не допускает их к солнечным элементам», — пишет Interesting Engineering.

Это структурное изменение позволило повысить как производительность, так и долговечность. По сравнению с обычными материалами новый хлорированный оловянный перовскит сохранял свою целостность в течение нескольких месяцев на открытом воздухе. Он даже продержался несколько дней, полностью погруженный в воду, не растворяясь. Кроме того, теоретические модели подтвердили этот механизм: плотная молекулярная структура физически блокирует проникновение кислорода и воды к уязвимому оловянному ядру.

Понад 95% після 1600 годин роботи батареї. з’явився новий екологічний перовскіт
Кристаллографический структурный анализ двумерных THP на основе 4XPEA (X = H, F, Cl, Br). Фото: TexhXplore

Испытание при рабочей температуре

Чтобы проверить практическую жизнеспособность технологии, команда создала рабочие солнечные элементы в сотрудничестве с исследователями Лэем Чэнем и Каем Чжу из Национальной лаборатории Скалистых гор. Устройства достигли эффективности преобразования энергии на уровне 16,2 %, что делает их одними из самых эффективных солнечных элементов на основе олова, когда-либо созданных.

«После 1600 часов пребывания в сухом воздухе элементы сохранили более 95 % своей первоначальной мощности. В условиях серьёзной рабочей нагрузки — при непрерывном имитированном солнечном освещении и высокой температуре 55 °C — элементы сохранили 80 % своей мощности после 1000 часов работы», — сообщают исследователи.

Раньше разработка солнечных элементов в основном означала необходимость выбора между эффективностью и долговечностью. Этот материал показывает, что компаниям не обязательно идти на такой компромисс.

«Самое удивительное в том, что относительно небольшое изменение в структуре материала обеспечивает столь значительное повышение стабильности», — заявил Кристофер Т. Триггс, недавно защитивший докторскую диссертацию по химии материалов в Университете Висконсина в Мэдисоне. — «Это показывает, как проектирование органических компонентов и контроль над тем, как упаковываются перовскитные структуры, могут обеспечить мощную защиту полученных перовскитных материалов от окружающей среды», — добавил первый автор исследования.

Признавая коммерческий потенциал бессвинцового и долговечного солнечного элемента, Фонд исследований выпускников Висконсина и Национальная лаборатория Скалистых гор совместно подали патентную заявку на эту технологию. Исследование было опубликовано в журнале Nature Materials.

Источник: Interesting Engineering

Источник материала
ITCITC
loader
loader