Ученые из Университета Брауна нашли способ повышения надежности и стабильности перовскитных солнечных элементов, что позволит сделать эффективнее и процесс преобразования солнечного света в электроэнергию.
Что такое перовскиты?
Речь идет о классе материалов, имеющем особую атомную структуру кристаллического типа. Порядка 10 лет назад наука открыла способность этого материала эффективно поглощать свет, что заинтересовало многих технологов солнечных панелей. Генерация бесплатной энергии и в то время, и сегодня интересует и научных исследователей, и предпринимателей. В перспективе их можно будет применять в разных сферах - от снабжения жилых домов до сельского хозяйства. Генерация электричества из солнечного света сделает дешевле обслуживание ферм и огородов. Урожай в теплицах при использовании солнечных панелей также не пострадает.
Повышение эффективности
К сегодняшнему дню специалисты рассматривают возможность замены кремниевых элементов в солнечных элементах аккумуляции энергии перовскитными.
Одним из слабых мест перовскитов является их низкая стабильность, но благодаря модификации нового молекулярного клея этот изъян был устранен.
Авторы нового исследования применили клей, состоящий из самособирающихся монослоев (SAM). Попадая на поверхность целевого материала, молекулы данного соединения принимают вертикальное положение и тем самым обеспечивают связку различных слоев.
Молекулярный клей SAM представляет широкую группу соединений. Ученые провели немало экспериментов, чтобы подобрать оптимальный для конкретных нужд состав связующего для поверхностей разного типа.
В итоге была успешно применена молекулярная структура с атомом йода на одной стороне и атомом кремния – на другой. Таким образом специалисты устранили недостаток перовскитных панелей, который выражался в слабости границы раздела светопоглощающего и электротранспортного слоев. После модификации было обнаружено, что применение монослоев повысило устойчивость данной границы раздела на 50 %.
Новый уровень надежности
Изначально перовскитные элементы имели определенное преимущество перед кремниевыми. В частности, для их синтеза требуется меньший температурный режим, чем при создании аналогов на основе кремния. Кроме того, в 400 раз уменьшается и толщина светопоглощающего слоя. Как результат, производство панелей становится дешевле, а конструкции проще. Оставался негативный фактор низкой надежности, но и его устранили благодаря разработке нового молекулярного клея.
Обычные перовскитные панели теряли 20 % производительности после 700 часов работы. Новые же элементы практически не теряют в эффективности при генерации энергии на протяжении 1 330 часов эксплуатации. По расчетам разработчиков, потенциальный спад эффективности может достигать 80 % только спустя 4 000 часов применения.
