Учені створили найдовговічніший у світі сонячний елемент із рекордною ефективністю 20%

Вчені з Гонконзького університету науки і технологій (HKUST) провели молекулярну обробку, яка підвищує ефективність і довговічність перовскітних сонячних елементів. Про це йдеться на сайті університету.

Перовскітні сонячні елементи продемонстрували чудову ефективність перетворення сонячного світла на електрику Цей результат найкращий із 1700 раніше проведених аналогічних дослідів.

Новий метод продемонстрував видатну ефективність перетворення енергії (PCE) на рівні 20,1% і помітну стабільність роботи — понад 1500 годин у стандартних умовах випробувань.

В останні роки перовскітні сонячні елементи привернули значну увагу завдяки своїй здатності забезпечувати підвищену продуктивність за нижчою ціною, ніж звичайні сонячні елементи на основі кремнію. Однак основною проблемою, що перешкоджає їхній комерціалізації, є їхня нестабільність. Вони також схильні до деградації. Ключем до вирішення стало визначення критичних параметрів, що визначають продуктивність і термін служби галогенідних перовскітів, фотоелектричного матеріалу нового покоління.

Дослідницька група HKUST розв'язала цю проблему, зосередивши увагу на процесі, який називається пасивацією. Це хімічна обробка поверхні перовскітних матеріалів для зменшення дефектів і поліпшення їхніх загальних характеристик. Змінивши хімічний склад поверхні перовскітних плівок, вчені змогли підвищити їхню стабільність і довговічність.

Вчені довели на практиці, що різні типи амінів (первинні, вторинні та третинні) та їхні комбінації можуть поліпшити поверхні перовскітних плівок, на яких утворюється безліч дефектів. Вони використовували два різні методи. Першим був аналіз "ex-situ", який включав вивчення взаємодій між молекулами і перовскітами за межами їхнього нормального робочого середовища. Другий метод, аналіз "на місці", включав спостереження взаємодій у реальному робочому середовищі перовскітного сонячного елемента.

Вони ідентифікували молекули, які суттєво збільшують квантовий вихід фотолюмінесценції — PLQY (PLQY — це показник того, наскільки ефективно матеріал перетворює поглинуте світло на випромінюване світло, — ред.).

Під час тестування сонячних елементів дослідники використовували пристрої середнього (0,25 кв. см) і великого (1 кв. см) розмірів, щоб перевірити ефективність свого нового методу. Ці комірки були здатні перетворювати високий відсоток сонячного світла на електрику навіть під час роботи з різними типами світла (широка заборонена зона). Крім того, вихідна напруга цих осередків була дуже високою. Простіше кажучи, пристрої досягли високої напруги холостого ходу, що перевищує 90% термодинамічної межі.

Порівняльний аналіз близько 1700 наборів даних показав, що їхній результат був одним із найкращих на сьогоднішній день з точки зору ефективності перетворення енергії. Ба більше, пасивовані клітини продемонстрували стабільність у тестах на старіння, зберігаючи свою працездатність протягом тривалих періодів часу. Приблизно через 1500 год безперервної роботи (що еквівалентно приблизно двом місяцям) елементи зберегли високий рівень продуктивності.

Найефективніші комірки показали мінімальне зниження ефективності (5%) після цього тривалого періоду. При цьому їхня максимальна ефективність потужності (MPP) склала 19,4%, а ефективність перетворення потужності (PCE) — 20,1%. Це одні з найвищих (з урахуванням ширини забороненої зони) і найдовших показників, зареєстрованих на сьогоднішній день, відзначили вчені.

Раніше ми повідомляли, що найбільша у світі вертикальна сонячна батарея накрила стадіон у Норвегії. За оцінками компанії Over Easy Solar, вертикальні сонячні батареї виробляють на 20-30% більший питомий вихід.