Таємницю розгадано: вчені з'ясували, які сонячні панелі "плавляться" і чому (фото)

Дослідницька група з RASEI, Університету Колорадо в Боулдері та Національної лабораторії відновлюваної енергії (NREL) з'ясувала, як подолати серйозну проблему масштабування виробництва перовскітних сонячних панелей наступного покоління, пише scitechdaily.com.

У традиційних кремнієвих сонячних панелях використовують шунтувальні діоди, які працюють як невеликий обхідний шлях, що дає змогу струму оминати затінену або "перегнуту" ділянку фотоелемента, забезпечуючи безпечну й ефективну роботу решти системи.

Однак таке рішення не підходить для перовскітних сонячних елементів, оскільки вони занадто крихкі. Багато дослідників уже спостерігали, що навіть невеликий зворотний зсув спричиняв нагрівання і "плавлення" матеріалів, що призводило до швидкої та незворотної деградації перовскіту.

І, тим не менш, точна причина деградації залишалася загадкою і предметом численних суперечок, ідеться в матеріалі.

Шар перовскіту формується за допомогою методу, званого обробкою розчином. Процес схожий на приготування млинця: ви замішуєте тісто, і коли ви виливаєте його на гарячу сковорідку, то вода випаровується, тверді частинки застигають, товщина визначається кількістю тіста, і в млинці з'являються дірочки. У цих пристроях інгредієнти перовскіту поміщаються в розчинник. Потім розчинник капають на попередні шари пристрою і нагрівають, внаслідок чого розчинник випаровується, і утворюється плівка, часто з дефектами та щілинами. Це відбувається тому що вихідний розчин має низьку в'язкість, і на етапі нагрівання утворення дефектів є звичайним явищем.

Науковці ретельно досліджували шари перовскіту. Для кращого розуміння дефектів було використано чотири основні методи: електролюмінесцентну (ЕЛ) візуалізацію за допомогою камери високої роздільної здатності, скануючу електронну мікроскопію (СЕМ), лазерну скануючу конфокальну мікроскопію (ЛСКМ) і відеотермографію. Стратегія полягала в порівнянні зображень пристроїв, підданих зворотному зміщенню, "до, під час і після".

Камера високої роздільної здатності показала, що причиною деградації були "слабкі місця" в пристрої. Щоб краще зрозуміти поведінку "ідеального" пристрою та ефективно просканувати велику кількість зразків (близько 100), команда створила велику кількість дуже маленьких пристроїв, створивши тонкі плівки площею всього 0,032 мм². Для порівняння, кожен пристрій мав товщину приблизно у дві людські волосини. Невеликий розмір цих пристроїв означав можливість створення пристроїв без дефектів, оскільки важко створити дефекти.

Цей підхід з використанням передових методів візуалізації виявився ефективним не тільки для виявлення дефектів, а й для точного розуміння того, що з ними відбувається. При використанні термографії дефекти яскраво світяться, а при електролюмінесценції залишаються темними. Поєднання цих методів забезпечило дуже надійний і ефективний спосіб картування дефектів.

Дані, отримані групою, переконливо підтверджують твердження про те, що дефекти, як-от точкові отвори та плями в шарі перовскіту, є саме тими місцями, де починається пробій під час зворотного зміщення. Термографічні зображення показали, що саме в цих місцях матеріал швидко нагрівається і плавиться, фактично замикаючи два контактні шари. Навпаки, пристрої без дефектів продемонстрували чудову стабільність, витримуючи годинник під час зворотного зміщення без істотного погіршення характеристик.

Такий рівень детального розуміння критично важливий для майбутнього цієї технології. Дослідження групи відкриває вченим та інженерам шлях для розробки більш надійних і стабільних перовскітних сонячних панелей. Їм буде необхідно насамперед створювати плівки без точкових дефектів і використовувати більш міцні контактні шари для запобігання подібних раптових і незворотних термічних пошкоджень.

Раніше ми писали, що 6 млн сонячних панелей відправлять "у плавання". Оскільки сонячні електростанції займають багато місця, у Китаї вирішили розмістити сонячну електростанцію на воді. Шість мільйонів панелей встановлять на плавучих платформах, закріплених на дні океану.