20.05.2019
Солнечные элементы, изготовленные из перовскита, имеют большие перспективы для будущего солнечной энергии. Этот материал дешев, прост в производстве и почти так же эффективен, как кремний, который традиционно используется в солнечных элементах. Однако перовскит быстро разлагается, что серьезно ограничивает его эффективность и стабильность с течением времени.
Исследователи из Эйндховенского технологического университета, института энергетических исследований DIFFER, Пекинского университета и Университета Твенте обнаружили, что добавление небольшого количества фтора к перовскиту создает защитный слой. Это делает солнечные модули значительно более стабильными. Они сохраняют 90% эффективности после 1000 часов работы в различных экстремальных условиях испытаний. Полученные результаты работы ученых опубликованы в ведущем научном журнале Nature Energy.
Поскольку солнечные панели на основе перовскита очень дешевы в изготовлении, они были в центре многих недавних солнечных исследований.
Несмотря на этот успех, перовскит имеет ряд дефектов из-за природы материала и способа изготовления. Со временем происходит деградация перовскита под воздействием влаги, света и тепла.
Защитный слой
Исследователи из Эйндховена, Твенте и Пекина экспериментировали с новым типом перовскита, добавляя небольшое количество фтора вИх эффективность возросла с менее чем 4 % в 2009 году до более 24 % в настоящее время, что близко к традиционным кремниевым элементам. Так называемые тандемные ячейки, которые объединяют кремниевые и перовскитовые ячейки, достигают эффективности в 28 %. процессе производства. Как и в зубной пасте, ионы фтора образуют защитный слой вокруг кристалла, предотвращая распространение вредных дефектов.
Шуся Тао, доцент Центра вычислительных энергетических исследований, совместного центра кафедры прикладной физики TU / e и DIFFER, сказал: «Наша работа значительно повысила стабильность солнечных элементов на основе перовскита. Наши элементы сохраняют 90% эффективности после 1000 часов работы в экстремальных условиях жары. Это во много раз больше, чем у традиционных соединений перовскита. Мы достигли эффективности в 21,3%, что является очень хорошей отправной точкой для дальнейшего повышения эффективности».
Благодаря высокой электроотрицательности фторид стабилизирует решетку перовскита, образуя прочные водородные и ионные связи на поверхности материала.
Значительная часть работы команды из Эйндховена была посвящена объяснению того, почему фтор - столь эффективный ингредиент, по сравнению с другими галогенами. Используя компьютерное моделирование, они пришли к выводу, что часть его успеха обусловлена малым размером и высокой электроотрицательностью фторид-ионов. Чем выше электроотрицательность элемента, тем легче он притягивает электроны соседних элементов. Это помогает фторид-ионам образовывать прочные связи с другими элементами, образуя устойчивый защитный слой.
Дальнейшие исследования
Исследование рассматривается как важный шаг на пути к успешному внедрению перовскитных солнечных элементов в будущем. Однако многое еще предстоит сделать. Золотой стандарт в солнечной промышленности - это коэффициент удержания в 85 % от первоначальной эффективности через десять-пятнадцать лет. Этот стандарт, пока еще недостижим для перовскитных элементов.
Тао говорит: «Нам потребуется еще пять-десять лет, чтобы эти элементы стали коммерчески жизнеспособным продуктом. Нам нужно не только дополнительно повысить их эффективность и стабильность, но и получить теоретическое понимание соответствующих механизмов на атомном уровне. У нас до сих пор нет ответа на вопрос, почему некоторые материалы более эффективны, чем другие».