Дешеві перовскітні сонячні панелі стануть утричі довговічнішими: як їх захистили

Скоро перовскітні елементи зможуть замінити традиційні кремнієві, головною перевагою яких була стабільність.

У США вчені Північно-Західного університету розробили нове захисне покриття, яке значно подовжує термін служби перовскітних сонячних елементів. Вони описали технологію в статті, опублікованій у журналі Science.

Перовскітні сонячні елементи більш ефективні та менш дорогі, ніж традиційні кремнієві, проте менш довговічні. Зазвичай перовскітні сонячні елементи для більшої стабільності покривають шаром захисної речовини на основі амонію для підвищення ефективності. Вона працює добре, проте деградує під впливом довкілля, включно з коливаннями температури та вологістю.

Дослідники з Північного Заходу розробили більш міцне покриття на основі амідинію. Вони додали стабільні молекули, здатні взаємодіяти з перовскітом, запобігаючи появі дефектів. Молекули на основі амонію мають атом азоту, оточений трьома атомами водню і однією вуглецевмісною групою, тоді як молекули на основі амідинію включають центральний атом вуглецю, пов'язаний з двома аміногрупами. Оскільки їхня структура дає змогу електронам рівномірно розподілятися, молекули амідинію більш стійкі в суворих умовах.

Під час експериментів речовина виявилася в 10 разів стійкішою до розкладання порівняно зі звичайними покриттями на основі амонію. Ба більше, амідінієве покриття втричі збільшило термін служби сонячного осередку — час, під кінець якого ефективність падає до 90% від її первісного значення під час впливу суворих умов.

Отриманий сонячний елемент досяг вражаючої ефективності 26,3%, що означає, що він успішно перетворив 26,3% поглиненого сонячного світла в електрику. Покритий сонячний елемент також зберіг 90% своєї первісної ефективності після 1100 годин випробувань у суворих умовах під впливом тепла і світла.

"У цій галузі вже давно працюють над стабільністю перовскітних сонячних елементів. Досі більшість звітів фокусувалися на підвищенні стабільності самого перовскітного матеріалу, ігноруючи захисні шари. Поліпшивши захисний шар, ми змогли підвищити загальну продуктивність сонячних елементів", — зазначив Бін Чен, один із керівників дослідження.

Інший керівник, Меркурі Канатзідіс, додав, що дослідження спрямоване на усунення одного з найважливіших бар'єрів для широкого впровадження перовскітних сонячних елементів — стабільності в реальних, а не лабораторних умовах. Хімічна сполука для покриття значно підвищила довговічність, не пожертвувавши при цьому ефективністю. Завдяки цій технології люди можуть отримати практичну і недорогу альтернативу фотоелектричним елементам на основі кремнію.

Дослідження провели за підтримки Міністерства торгівлі, Національного інституту стандартів і технологій та Міністерства енергетики США.