Перовскиты могут стать одним из ведущих материалов для производства фотоэлектрических панелей однако для этого потребуется решить серьезную проблему его долговечности. Инженеры из Принстона представили новый проект перовскитового солнечного элемента, которые, как показывают испытания, могут прослужить в реальных условиях более тридцати лет.

Инженеры Принстонского университета представили инновационный дизайн перовскитовых солнечных элементов с прогнозируемым сроком службы 30 лет. Bumper DeJesus, Andlinger Center for Energy and the Environment

На протяжении десятилетий кремний оставался основным сырьем для изготовления гелиоэлементов, но буквально в последние 15 лет его стали стремительно догонять перовскиты. Их эффективность сравнима с эффективностью кремния, при этом они легче, эластичнее и дешевле в производстве.

Проблема, заключается в том, что перовскиты не очень стабильны и склонны разрушаться под воздействием окружающей среды. В прошлом над решением этой проблемы работали многие ученые, которые экспериментировали с добавкой громоздких молекул, различных пигментов и даже квантовых точек.

В рамках нового проекта специалисты из Принстонского университета решили проблему с устойчивостью, поместив между светопоглощающей пластиной перовскита и слоем, несущим заряд, очень тонкий слой защитного материала. Толщина такого покрытия составляла буквально несколько молекул. Защитный слой был изготовлен из дисульфида углерода, свинца, йода и хлора и защищал элемент от разрушения в течение нескольких месяцев.

Ранее другие группы ученых уже использовали двухмерные защитные покрытия для продления срока службы перовскитных солнечных элементов, однако не настолько эффективно, как в данном проекте. По оценкам авторов эксперимента, "перовскитовые солнечные батареи, изготовленные с использованием нового защитного слоя, могут проработать до 30 лет на открытом воздухе, что делает их первыми в своем роде, преодолевшими коммерческий порог 20-летнего срока службы". 

Порция перовскитовых фотоэлектрических ячеек расположена под ярким светом камеры ускоренного старения. Bumper DeJesus, Andlinger Center for Energy and the Environment

Ученые рассчитали этот срок службы с помощью нового метода ускоренного старения, который они разработали для проверки долговечности солнечных элементов. Комплекты солнечных батарей помещались в экспериментальные камеры, где подвергались воздействию яркого света и различных температур (от жаркого летнего дня в 35 °C  [95 °F] до экстремальных 110 °C [230 °F]). На основании этих данных команда "смогла экстраполировать срок службы на срок более трех десятилетий при стандартных условиях окружающей среды".

По мнению авторов, результаты данного эксперимента не только позволят разработать новые способы производства более долговечных перовскитовых элементов, но и с помощью нового метода ускоренного старения помогут ученым проверить на долговечность все существующие виды солнечных батарей.

Результаты данного эксперимента были представлены в научном издании Science.

Источники: Princeton University, journal Science.
(https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn5679)
(https://www.princeton.edu/news/2022/06/29/once-seen-fleeting-new-solar-tech-proves-its-lasting-power)