Перовскіт пройшов ключовий тест: 1 000 годин під впливом тепла та вологи зі зниженням якості лише на 5%

Сонячні елементи на основі перовскіту мають багато переваг для того, щоб зайняти своє місце у сфері фотовольтаїки: високу здатність перетворювати світло на електроенергію, можливості недорогого виробництва та легку конструкцію. Проте існує питання, яке досі впливає на їхнє майбутнє: як довго вони зможуть зберігати ці характеристики після виходу з лабораторії та під дією спеки та вологи.

Дослідники Корейського інституту енергетичних досліджень KIER у співпраці з університетом UNIST представили досягнення, спрямоване саме на цю слабкість. Їхній проект передбачає зміну процесу виробництва з метою усунення компонентів, які спочатку допомагають у роботі елемента, але згодом можуть прискорити його зношування.

Результатом є елементи, які зберігають 95% своєї початкової ефективності після 1 000 годин роботи при температурі 85 °C та відносній вологості 85%. Дослідження, опубліковане в журналі Advanced Science, зазначає, що тестування проводилося з елементами, які мають захист від навколишнього середовища. Це важлива інформація для правильної оцінки меж ефективності. Wiley Online Library

Ці 95% також не означають, що вони перетворюють майже всє отримане світло на електричну енергію. Вони вказують на те, яку ефективність елементи зберігають порівняно з початком тестування. Максимальна ефективність перетворення, досягнута за допомогою нового процесу, становила 25,24%, порівняно з 25,21% у елементах-стандартах, виготовлених традиційним методом з використанням добавок. Різниця є мінімальною: важливо покращувати стійкість, не жертвуючи ефективністю.

Усунення залишкового літію для зменшення деградації

Дослідження зосереджене на так званому шарі транспортування дірок — одній з компонентів, які дозволяють виводити електричні заряди, що утворюються під дією світла на елемент. У певних архітектурах перовскіту цей шар використовує солі літію та добавки для покращення його електричних властивостей. Проблема полягає у тому, що деякі з цих інгредієнтів також сприяють зниженню його стабільності.

Коли зростають температура та вологість, добавки можуть випаровуватися та залишати маленькі порожнини в плівці. Ці дефекти погіршують контакт між шарами та сприяють зниженню їх характеристик. Крім того, іони літію можуть переміщуватися всередину пристрою та спричиняти додаткові пошкодження. Те, що спочатку допомагає досягти гарного результату, зрештою стає проблемою довговічності.

Рішення команди полягає у використанні необхідних реакцій під час підготовки суміші, а потім у видаленні компонентів, які можуть бути шкідливими. Для цього використовується оксид нікелю, NiOx, який діє як каталізатор та дозволяє захоплювати іони літію, присутні у розчині, з яким виготовляється цей шар.

Після завершення реакції суміш проходить через процес фільтрації. Частинки оксиду нікелю залишаються разом із до них приєднаними іонами літію. Таким чином каталізатор виконує свою функцію під час підготовки, але видаляється до утворення остаточного шару. Цей метод також дозволяє уникнути використання добавки tBP, яка застосовується у традиційних формулах.

Ця ідея є цікавою, оскільки вона стосується причин часткової деградації. Окрім захисту елемента від зовнішнього середовища за допомогою інкапсуляції, вона спрямована на забезпечення більшої стабільності його власного складу. Результати досліджень показують, що можливо видалити ці інгредієнти, не жертвуючи здатністю перетворювати сонячне світло на електроенергію.

На думку дослідників, цей прорив також може бути корисним для сонячних елементів тандемного типу, які поєднують матеріали, здатні використовувати різні частини сонячного спектру. Перовскіт відкриває можливості для таких конфігурацій, проте підвищення виробництва електроенергії має незначну комерційну цінність, якщо ця перевага занадто швидко зникає через деградацію.

Проте подолання випробувань на температуру та вологість не означає доведення десятиліть роботи на даху. 1 000 годин — це тест міцності за певних умов, і його не можна безпосередньо перетворювати на роки терміну служби. Також потрібно перевірити, як цей процес можна застосувати до модулів з більшою площею та до конкурентоспроможного промислового виробництва.

Результати свідчать про необхідність покращень, які перовскіт потребує так само, як і рекорди ефективності — щоб зберегти свої характеристики. Для тих, хто встановлює сонячні панелі, важлива продуктивність з першого дня; ще важливіша — електроенергія, яку вони будуть виробляти протягом багатьох років.

Джерело | Advanced