Ученые создали самый долговечный в мире солнечный элемент с рекордной эффективностью 20%

Ученые из Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) провели молекулярную обработку, которая повышает эффективность и долговечность перовскитных солнечных элементов. Об этом говорится на сайте университета.

Перовскитные солнечные элементы продемонстрировали превосходную эффективность преобразования солнечного света в электричество Этот результат лучший из 1700 ранее проведенных аналогичных опытов.

Новый метод продемонстрировал выдающуюся эффективность преобразования энергии (PCE) на уровне 20,1% и заметную стабильность работы — более 1500 часов в стандартных условиях испытаний.

В последние годы перовскитные солнечные элементы привлекли значительное внимание благодаря своей способности обеспечивать повышенную производительность по более низкой цене, чем обычные солнечные элементы на основе кремния. Однако основной проблемой, препятствующей их коммерциализации, является их нестабильность. Они также подвержены деградации. Ключом к решению стало определение критических параметров, определяющих производительность и срок службы галогенидных перовскитов, фотоэлектрического материала нового поколения.

Исследовательская группа HKUST решила эту проблему, сосредоточив внимание на процессе, называемом пассивацией. Это химическая обработка поверхности перовскитных материалов для уменьшения дефектов и улучшения их общих характеристик. Изменив химический состав поверхности перовскитных пленок, ученые смогли повысить их стабильность и долговечность.

Ученые доказали на практике, что различные типы аминов (первичные, вторичные и третичные) и их комбинации могут улучшить поверхности перовскитных пленок, на которых образуется множество дефектов. Они использовали два разных метода. Первым был анализ "ex-situ", который включал изучение взаимодействий между молекулами и перовскитами за пределами их нормальной рабочей среды. Второй метод, анализ "на месте", включал наблюдение взаимодействий в реальной рабочей среде перовскитного солнечного элемента.

Они идентифицировали молекулы, которые существенно увеличивают квантовый выход фотолюминесценции — PLQY (PLQY — это показатель того, насколько эффективно материал преобразует поглощенный свет в излучаемый свет, — ред.).

Во время тестирования солнечных элементов исследователи использовали устройства среднего (0,25 кв. см) и большого (1 кв. см) размеров, чтобы проверить эффективность своего нового метода. Эти ячейки были способны преобразовывать высокий процент солнечного света в электричество даже при работе с разными типами света (широкая запрещенная зона). Кроме того, выходное напряжение этих ячеек было очень высоким. Проще говоря, устройства достигли высокого напряжения холостого хода, превышающего 90% термодинамического предела.

Сравнительный анализ около 1700 наборов данных показал, что их результат был одним из лучших на сегодняшний день с точки зрения эффективности преобразования энергии. Более того, пассивированные клетки продемонстрировали стабильность в тестах на старение, сохраняя свою работоспособность в течение длительных периодов времени. Примерно через 1500 ч непрерывной работы (что эквивалентно примерно двум месяцам) элементы сохранили высокий уровень производительности.

Наиболее эффективные ячейки показали минимальное снижение эффективности (5%) после этого длительного периода. При этом их максимальная эффективность мощности (MPP) составила 19,4%, а эффективность преобразования мощности (PCE) — 20,1%. Это одни из самых высоких (с учетом ширины запрещенной зоны) и самых длинных показателей, зарегистрированных на сегодняшний день, отметили ученые.

Ранее мы сообщали, что крупнейшая в мире вертикальная солнечная батарея накрыла стадион в Норвегии. По оценкам компании Over Easy Solar, вертикальные солнечные батареи производят на 20-30% больший удельный выход.