Перовскит преодолел ключевое испытание: 1000 часов в условиях тепла и влажности с потерей всего 5%

Перовскитные солнечные элементы обладают множеством преимуществ, позволяющих им занять важное место в области фотовольтаики: высокой способностью преобразовывать свет в электричество, возможностями недорогого производства и легкой конструкцией. Однако существует вопрос, который по-прежнему влияет на их будущее: как долго они смогут сохранять эти характеристики после выхода из лаборатории и в условиях высокой температуры и влажности.

Исследователи Института энергетических исследований Южной Кореи KIER совместно с университетом UNIST представили решение, направленное именно на преодоление этой слабости. Их предложение заключается в изменении процесса производства с целью устранения компонентов, которые изначально способствуют работе элемента, но впоследствии могут ускорить его износ.

Результатом являются элементы, сохраняющие 95% своей первоначальной эффективности после 1 000 часов работы при температуре 85 °C и относительной влажности 85%. Исследование, опубликованное в журнале Advanced Science, указывает, что тестирование проводилось с упакованными устройствами, то есть с защитой от внешних факторов. Это важный показатель для правильной интерпретации результатов теста. Wiley Online Library

Эти 95% также не означают, что элементы преобразуют почти всё поглощенное световое излучение в электричество. Они показывают, какой уровень производительности сохраняется по сравнению с началом тестирования. Максимальная эффективность преобразования, достигнутая с помощью нового процесса, составила 25,24%, по сравнению с 25,21% у эталонных элементов, изготовленных традиционным способом с использованием добавок. Разница минимальна: важно улучшать стойкость без жертвования эффективностью.

Удаление остаточного лития для снижения деградации

Исследования сосредоточены на так называемом слое транспорта дырок — одной из составляющих, обеспечивающих выведение электрических зарядов, образующихся при попадании света на элемент. В некоторых архитектурах перовскита этот слой использует соли лития и добавки для улучшения его электрических свойств. Проблема заключается в том, что некоторые из этих ингредиентов также способствуют снижению его стабильности.

При повышении температуры и влажности добавки могут испаряться, оставляя небольшие поры в пленке. Эти дефекты нарушают контакт между слоями и способствуют снижению её характеристик. Кроме того, ионы лития могут перемещаться внутрь устройства, вызывая дополнительные повреждения. То, что изначально помогает достичь хороших результатов, в конечном итоге превращается в проблему долговечности.

Решение команды заключается в использовании необходимых реакций в процессе подготовки смеси, а затем удалении компонентов, которые могут нанести вред. Для этого применяется оксид никеля, NiOx, который выступает в качестве катализатора и позволяет улавливать ионы лития, присутствующие в растворе, из которого формируется данный слой.

После завершения реакции смесь проходит через процесс фильтрации. Частицы оксида никеля остаются в фильтре вместе с к ним присоединенными ионами лития. Таким образом катализатор выполняет свою функцию во время подготовки, но удаляется до формирования окончательного слоя. Этот метод также позволяет обойтись без добавки tBP, используемой в традиционных формулах.

Эта идея интересна тем, что объясняет причины части процесса деградации. Помимо защиты ячейки от внешних факторов с помощью капсулирования, она направлена на повышение стабильности собственного состава ячейки. Результаты показывают, что возможно удалить эти компоненты без ущерба для способности преобразовывать солнечный свет в электричество.

По мнению исследователей, этот прорыв также может оказаться полезным для солнечных элементов тандемного типа, в которых используются материалы, способные использовать различные части солнечного спектра. Перовскит открывает перспективы в таких конфигурациях, однако увеличение выработки электричества имеет малую коммерческую ценность, если это преимущество слишком быстро исчезает из-за деградации.

Однако преодоление испытаний на тепло и влагу не означает доказательства десятилетней эксплуатации на крыше. 1 000 часов — это тест на прочность в определенных условиях, и его нельзя напрямую преобразовать в годы срока службы. Также необходимо выяснить, как этот процесс можно применить к модулям с большей площадью и к конкурентоспособному промышленному производству.

Результаты указывают на необходимость улучшений, которые перовскиту нужны так же, как и рекорды эффективности: сохранение его характеристик. Для тех, кто устанавливает солнечные панели, важен показатель с первого дня; еще более важна электроэнергия, которую они будут производить много лет спустя.

Источник | Advanced