Инженерам из Университета Райса удалось решить "проблему стабильности" солнечных батарей, изготовленных из галогенидных перовскитов. В опубликованном сегодня исследовании авторы подробно описали состав растворителя, который позволяет создавать 3D/2D солнечные батареи с высокой эффективностью преобразования энергии.

Стабильные бислойные перовскитные солнечные элементы стали намного ближе к коммерческому внедрению. Rice University

Перовскитовые солнечные элементы обладают огромным потенциалом, поскольку их эффективность преобразования энергии стремительно возросла за последние десять лет. Однако крупномасштабные проекты с использованием перовскитовых фотоэлементов пока не распространены. Это связано с тем, что такой материал чрезвычайно склонен к разложению при контакте с влагой и кислородом.

За последние несколько лет исследователи серьезно усовершенствовали материал и продемонстрировали его жизнеспособность в течение нескольких месяцев. Однако для коммерческого применения перовскитовые солнечные батареи должны сохранять стабильность как минимум в течение двух десятилетий. Это стало возможным благодаря работе, проделанной исследователями из Университета Райса.

Бифасиальные перовскитовые солнечные элементы

Адитья Мохите, инженер в области химии и биомолекулярных технологий, работает в лаборатории Инженерной школы университета, где проводит исследования по созданию тонких 3D/2D фотоэлектрических солнечных элементов.

В пресс-релизе Мохите рассказывает, что 2D-перовскиты стабильны, но имеют более низкую эффективность преобразования энергии, в то время как 3D-элементы имеют более высокий КПД энергопреобразования, но низкую стабильность.

Комбинация обоих типов позволяет получить наиболее оптимальные характеристики. Такие бифациальные ячейки можно будет использовать в тех случаях, когда свет поступает с обеих сторон панели. Двумерный перовскит поглощает синее и видимое излучение, а трехмерная сторона поглощает излучение в ближнем инфракрасном спектре.

Однако производство таких фотоэлементов является довольно сложным процессом. В промышленности для подобных приложений используется технология обработки растворов, при которой один материал может быть нанесен на другой путем жидкостного осаждения. Когда жидкость испаряется, покрытие остается.

Сольвент, обеспечивающий прочность бислойных перовскитов. Rice University

Поиск подходящего растворителя

Команда Мохите обратила внимание на два важных свойства растворителя - диэлектрическую проницаемость и донорское число Гутмана. Диэлектрическая проницаемость — это коэффициент показывающий, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в материале меньше, чем в вакууме. Она определяет, насколько хорошо растворитель может растворять соединение. Донорное число — это способность молекул растворителя отдавать электроны.

Изучая эти свойства перовскитов, учёные обнаружили, что существует всего четыре вещества, которыми можно обрабатывать перовскиты, не нарушая нижний слой. Исследователи подвергали солнечные ячейки воздействию света в течение более 2 000 часов, но не заметили ни одного процента деградации. При этом толщина слоев ячеек составила всего один микрон. 

Таким образом, можно производить перовскитовые солнечные элементы с производительностью 30 метров в минуту. Интересно, что применение этого метода не ограничивается только солнечной энергетикой. Метод также открывает такие области, как производство зеленого водорода, несетевой солнечной энергии для автомобилей и интегрированных в здания фотоэлектрических технологий, отмечается в пресс-релизе. 

Результаты исследования были опубликованы сегодня в журнале Science.

Источники: Journal Science

1. (http://dx.doi.org/10.1126/science.abq7652)