Российские ученые в три раза повысили термостойкость перовскитных солнечных элементов
Ученые НИТУ МИСИС и РАН нашли способ защитить перовскитные солнечные элементы от перегрева. При 80°C срок их эффективной работы вырос с 260 до более чем 700 часов.
Источник: Новости науки. Иллюстрация создана с помощью трансформеров.
МОСКВА, 30 апреля. /Новости науки/. Российские ученые почти в три раза увеличили устойчивость перовскитных солнечных элементов к высокой температуре. Для этого они добавили в материал органические молекулы TPA-Py, которые стабилизируют его структуру изнутри. Об этом сообщили в НИТУ МИСИС.
«Исследователи повысили устойчивость перовскита к нагреву с помощью добавления в структуру материала трифениламин-пиридиновых молекул: благодаря этому время эффективной работы устройств увеличилось почти в три раза. Предложенный метод может стать одним из ключевых для последующего масштабирования солнечных панелей», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Перовскитные солнечные элементы считают одной из самых перспективных технологий для энергетики будущего. Они могут хорошо работать в пасмурную погоду и при искусственном освещении. Но у них есть слабое место: тонкие пленки перовскита быстро разрушаются под действием тепла, влаги и других факторов среды.
Особенно опасен нагрев. При температуре 80–100°C, которая возможна при работе солнечных панелей, в материале быстрее появляются дефекты. Кроме того, ускоряется коррозия металлических контактов. Из-за этого перовскитные элементы пока трудно массово внедрять.
Ученые НИТУ МИСИС вместе с коллегами из Института синтетических полимерных материалов РАН предложили новый способ защиты. Они внедрили в перовскит органические молекулы TPA-Py. Эти молекулы формируют тонкие пленки внутри материала, укрепляют границы между слоями и замедляют образование дефектов.
«Добавленные нами трифениламин-пиридиновые молекулы устроены так, что одна их часть отдает электроны, а другая — притягивает. Благодаря этому они хорошо взаимодействуют с перовскитом и создают внутри материала небольшие электрические поля», — рассказала инженер лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Екатерина Ильичева.
По словам исследователей, такая структура снижает потери энергии и повышает выходное напряжение солнечного элемента до 1,14 В. Главное же преимущество — замедление движения ионов внутри материала. Именно это движение считается одной из причин старения и распада перовскитов.
В испытаниях при 80°C время эффективной работы солнечных элементов выросло с 260 до более чем 700 часов. Это почти трехкратное увеличение термической стабильности.
«Термическая деградация оставалась главным барьером на пути коммерциализации перовскитных солнечных элементов. Наша стратегия объемной пассивации с помощью молекулы TPA-Py не только сохраняет высокую эффективность, но и радикально повышает устойчивость устройств к реальным условиям эксплуатации», — объяснил инженер научного проекта лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Лев Лучников.
Авторы считают, что этот подход поможет приблизить создание более дешевых и долговечных солнечных панелей нового поколения. Подробности исследования опубликованы в журнале Solar RRL.
Работу выполнили в рамках стратегического технологического проекта НИТУ МИСИС «Энергия материалов» по программе «Приоритет-2030». Исследование также поддержал Российский научный фонд.
«Исследователи повысили устойчивость перовскита к нагреву с помощью добавления в структуру материала трифениламин-пиридиновых молекул: благодаря этому время эффективной работы устройств увеличилось почти в три раза. Предложенный метод может стать одним из ключевых для последующего масштабирования солнечных панелей», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Перовскитные солнечные элементы считают одной из самых перспективных технологий для энергетики будущего. Они могут хорошо работать в пасмурную погоду и при искусственном освещении. Но у них есть слабое место: тонкие пленки перовскита быстро разрушаются под действием тепла, влаги и других факторов среды.
Особенно опасен нагрев. При температуре 80–100°C, которая возможна при работе солнечных панелей, в материале быстрее появляются дефекты. Кроме того, ускоряется коррозия металлических контактов. Из-за этого перовскитные элементы пока трудно массово внедрять.
Ученые НИТУ МИСИС вместе с коллегами из Института синтетических полимерных материалов РАН предложили новый способ защиты. Они внедрили в перовскит органические молекулы TPA-Py. Эти молекулы формируют тонкие пленки внутри материала, укрепляют границы между слоями и замедляют образование дефектов.
«Добавленные нами трифениламин-пиридиновые молекулы устроены так, что одна их часть отдает электроны, а другая — притягивает. Благодаря этому они хорошо взаимодействуют с перовскитом и создают внутри материала небольшие электрические поля», — рассказала инженер лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Екатерина Ильичева.
По словам исследователей, такая структура снижает потери энергии и повышает выходное напряжение солнечного элемента до 1,14 В. Главное же преимущество — замедление движения ионов внутри материала. Именно это движение считается одной из причин старения и распада перовскитов.
В испытаниях при 80°C время эффективной работы солнечных элементов выросло с 260 до более чем 700 часов. Это почти трехкратное увеличение термической стабильности.
«Термическая деградация оставалась главным барьером на пути коммерциализации перовскитных солнечных элементов. Наша стратегия объемной пассивации с помощью молекулы TPA-Py не только сохраняет высокую эффективность, но и радикально повышает устойчивость устройств к реальным условиям эксплуатации», — объяснил инженер научного проекта лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Лев Лучников.
Авторы считают, что этот подход поможет приблизить создание более дешевых и долговечных солнечных панелей нового поколения. Подробности исследования опубликованы в журнале Solar RRL.
Работу выполнили в рамках стратегического технологического проекта НИТУ МИСИС «Энергия материалов» по программе «Приоритет-2030». Исследование также поддержал Российский научный фонд.