Перовскитные солнечные элементы обладают большим потенциалом для повышения эффективности преобразования энергии; однако они разлагаются на солнце, что со временем приводит к ухудшению их характеристик. Ученые-материаловеды из Инженерной школы Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) и их коллеги из пяти других международных университетов обнаружили основную причину этой деградации. Команда успешно продемонстрировала базовую производственную модификацию для устранения причины деградации, тем самым устранив самое большое препятствие на пути широкого распространения технологии тонкопленочных солнечных элементов.

Исследовательская статья, иллюстрирующая открытия, была недавно опубликована в журнале Nature . Исследование возглавляет Ян Ян, профессор материаловедения и инженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Самуэли и обладатель кафедры Кэрол и Лоуренс Э. Таннас-младший. Соавторами являются Шон Тан и Тяньи Хуан, оба недавние доктора философии Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. выпускники, которых Ян наставлял.

Перовскиты представляют собой класс материалов, которые обладают такой же кристаллической структурой или расположением атомов, что и минеральный оксид кальция и титана. Металлогалогенидные перовскиты, подгруппа перовскитов, представляют огромный исследовательский интерес из-за их благоприятного применения в энергосберегающих тонкопленочных солнечных элементах.

Солнечные элементы на основе перовскита могут быть изготовлены с гораздо меньшими затратами по сравнению с их эквивалентами на основе кремния, что сделает технологии солнечной энергетики более доступными, если можно будет эффективно устранить общеизвестную деградацию из-за длительного воздействия солнечного света.

Солнечные элементы на основе перовскита, как правило, изнашиваются под воздействием солнечного света гораздо быстрее, чем их кремниевые аналоги, поэтому их эффективность в преобразовании солнечного света в электричество со временем падает. Однако наше исследование показывает, почему это происходит, и предлагает простое решение. Это представляет собой крупный прорыв в коммерциализации и широком внедрении перовскитной технологии.

Ян Ян, руководитель исследования и профессор материаловедения и инженерии Инженерной школы Самуэли, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе

Похожие истории
Явления старения крупноформатных призматических литий-ионных аккумуляторов под влиянием крепления
Антибликовые покрытия для солнечных батарей с неоновыми модулями
Самолет на солнечной энергии: текущие знания и достижения
Ян также является членом Калифорнийского института наносистем Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Стандартная обработка поверхности, используемая для устранения дефектов солнечных элементов, включает в себя нанесение слоя органических ионов, который делает поверхность очень отрицательно заряженной. Исследователи узнали, что, хотя обработка предназначена для повышения эффективности преобразования энергии в процессе производства перовскитных солнечных элементов, она также непреднамеренно формирует более богатую электронами поверхность — потенциальную ловушку для электронов, содержащих энергию.

Это условие ослабляет организованное расположение атомов, и со временем перовскитные солнечные элементы становятся все менее эффективными, что в конечном итоге делает их непривлекательными для коммерциализации.

Вооружившись этим новым открытием, команда обнаружила метод устранения давней деградации клеток путем соединения положительно заряженных ионов с отрицательно заряженными ионами для обработки поверхности. Переключатель позволяет поверхности быть более стабильной и нейтральной по отношению к электронам, сохраняя при этом надежность дефектоскопической обработки поверхности.

Исследователи проверили прочность своих солнечных элементов в лаборатории в условиях усиленного старения и круглосуточного освещения, имитирующего солнечный свет. Ячейкам удалось сохранить 87% исходной производительности преобразования солнечного света в энергию в течение более 2000 часов.

Чтобы понять разницу, солнечные элементы, произведенные без средства правовой защиты, снизились до 65% от своей основной производительности после тестирования в течение того же периода и при тех же настройках.

Наши перовскитные солнечные элементы являются одними из самых стабильных по эффективности, о которых сообщалось на сегодняшний день. В то же время мы также заложили новые фундаментальные знания, на основе которых сообщество может развивать и совершенствовать нашу универсальную технику для разработки еще более стабильных перовскитных солнечных элементов.

Шон Тан, соавтор исследования и выпускник инженерной школы Самуэли, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе

Другими авторами исследования являются Руи Ван, доцент инженерных наук Университета Вестлейк в Ханчжоу, Китай; и Джин-Вук Ли, доцент кафедры инженерии в Университете Сонгюнкван в Сувоне, Южная Корея. И Ван, и Ли — бывшие ученые-постдокторанты Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которых консультировал Ян.

Другие участники исследования включают ученых из Калифорнийского университета в Ирвине; Университет Мармара, Турция; и Национальный университет Ян Мин Цзяодун, Тайвань.

Исследование получило поддержку Управления по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США.