Перовскитовые солнечные модули большой площади вышли на КПД выше 16%
Logo
Cover

Солнечные элементы из перовскита способны трансформировать индустрию фотоэлементов, если докажут свою надежность и стабильность. Ученые из Окинавы разработали модули площадью более 22 кв. см с КПД 16,6%, поддерживающие высокую производительность на протяжении свыше 2000 часов беспрерывной работы. Это выдающиеся результаты, хотя они и не побили рекорд коллег из Сингапура.

Перовскит считается одним из тех материалов, которые совершат революцию в солнечной промышленности. Он легкий и гибкий, а значит, ему можно найти больше вариантов применения, чем жестким кремниевым элементам, распространенным на рынке сейчас. Но прежде, чем перовскиты станут конкурентноспособными, ученым придется преодолеть несколько трудностей.

По мнению профессора Ци Ябина, руководителя проекта по исследованию перовскитов Окинавского института естественных наук и технологий, существует три условия, которые должны соблюдать перовскитовые фотоэлементы, чтобы выйти на массовый рынок: они должны быть дешевыми в производстве, производительными и долговечными.

Стоимость производства перовскитов уже низкая, поскольку это дешевое сырье не требует много энергии для обработки. А за последнее десятилетие ученые совершили большой прогресс в повышении КПД маленьких перовскитовых фотоэлементов в преобразовании солнечной энергии в электрическую. Однако как только требуется изготовить относительно большие по площади солнечные модули, эффективность перовскита падает, рассказывает Science Daily.

Команда профессор Ци сфокусировала усилия на создании нескольких слоев перовскитовых фотоэлементов, каждый со своей функцией. Активный слой, абсорбирующий солнечный свет, находится в центре устройства, когда на него попадают фотоны, отрицательно заряженные электроны собирают эту энергию и «прыгают» на более высокий энергетический уровень, оставляя после себя положительно заряженные дырки. Затем ситуация повторяется в противоположном направлении. Это создает поток электричества, которое выходит из элемента через электроды.

Кроме того, устройство заключено в защитный слой, снижающий деградацию и предотвращающий протечку токсичных химических веществ в окружающую среду.

Для того чтобы повысить взаимодействие между активным слоем перовскита и слоем транспорта электронов из оксида олова, разработчики нанесли между ними химическое вещество EDTAK, которое повысило стабильность элемента. А калий в EDTAK восстанавливает крошечные дефекты на поверхности перовскита, что повышает выработку электричества.

Эти и другие улучшения позволили ученым разработать модуль площадью 22,4 кв. см. Его КПД составил 16,6% — очень неплохой результат для элемента такого размера. А благодаря защитному слою после 2000 часов постоянной работы его производительность снизилась всего до 86%.

Недавно сингапурским ученым удалось изготовить крупные пероскитвые модули с рекордным КПД.  Они применили стандартный метод нанесения покрытия тепловым напылением и обнаружили, что в результате получаются солнечные элементы 21 на 21 см с производительностью 18,1%.