Материалы для сверхвысокоэффективных перовскитных солнечных элементов

Группа химиков из Каунасского технологического университета (КТУ) в Литве синтезировала материалы, которые использовались для создания рекордного перовскитного солнечного модуля с эффективностью 21,4%. Это было достигнуто за счет пассивации активного слоя солнечного элемента, что повышает эффективность элемента и значительно улучшает его стабильность.

Перовскитные солнечные элементы (PSC) являются одной из самых быстрорастущих технологий солнечных элементов в мире. Эти элементы тонкослойные, легкие, гибкие, изготавливаются из недорогих материалов. Однако этот тип солнечных элементов по-прежнему сталкивается с серьезной проблемой: быстрой деградацией перовскитового материала в условиях окружающей среды.

Материалы, разработанные в КТУ, прошли испытания в лабораториях Лозаннского федерального технологического института (EPFL) в Швейцарии. 1 кредит

Пассивация представляет собой простой, но эффективный способ повышения стабильности перовскитных солнечных элементов и считается одной из наиболее эффективных стратегий устранения дефектов перовскитных материалов и их негативных последствий. Поверхность пассивированного перовскита становится более устойчивой к условиям окружающей среды, таким как температура или влажность, и более стабильной, что продлевает срок службы устройства.

Синтезированные КТУ материалы использованы в солнечных мини-модулях

Химики КТУ совместно с исследователями из научных центров Китая, Италии, Литвы, Швейцарии и Люксембурга значительно улучшили стабильность перовскитных солнечных элементов с помощью метода пассивации. Поверхность перовскита при пассивации становится химически неактивной, что устраняет дефекты перовскита, возникающие при производстве. Последующие перовскитные солнечные элементы достигают КПД 23,9% при долговременной стабильности работы (более 1000 часов).

• «Пассивирование применялось и раньше, но пока двумерный (2D) слой перовскита формируется на традиционном трехмерном (3D) перовскитном светопоглотителе, что затрудняет перемещение носителей, особенно при более высоких температурах. Этого очень важно избежать, потому что солнечные элементы нагреваются», — говорит соавтор изобретения, главный научный сотрудник KTU доктор Каспарас Ракштис.
• Чтобы решить эту проблему, международная группа исследователей провела исследование, в ходе которого была оценена минимальная энергия, необходимая для образования двумерных перовскитов. Поверхность 3D перовскитового слоя пассивировали различными изомерами иодида фенилэтиламмония, синтезированного КТУ. Эти изомеры имеют одинаковую молекулярную формулу, но разное расположение атомов в пространстве, что определяет вероятность образования двумерного перовскита.
• Исследователи из Лозаннского федерального технологического института (EPFL) в Швейцарии протестировали материалы в перовскитных солнечных мини-модулях с активной площадью более чем в 300 раз больше, чем у типичных перовскитных солнечных элементов лабораторного масштаба. Эти мини-модули достигли рекордной эффективности преобразования солнечной энергии в 21,4 процента. Поверхность перовскитового слоя рекордных мини-солнечных модулей была покрыта материалами, разработанными химиками КТУ.
• «Исследование оказалось достаточно эффективным в предотвращении негативного воздействия пассивации на солнечные элементы. Было обнаружено, что изомер с ближайшими друг к другу пассивирующими группами приводит к наиболее эффективной пассивации из-за стерических затруднений, что позволяет избежать образования двумерного перовскита. Интересно, что стерические затруднения также используются как инструмент в разных областях химии для предотвращения или замедления нежелательных реакций», — говорит исследователь КТУ.

Изобретение появилось в одном из самых престижных журналов

Исследование было опубликовано в Nature Communications, одном из самых уважаемых научных журналов в мире.

В настоящее время исследователи КТУ работают с коллегами из других стран над созданием функциональных материалов, транспортирующих дырки, и новых составов перовскитов. По словам доктора Ракштиса: «Международное сотрудничество в науке жизненно важно, потому что невозможно охватить все области, такие как химия, физика и материаловедение, работающие в такой междисциплинарной области».

После получения степени магистра прикладной химии в KTU, д-р Ракштис защитил докторскую диссертацию в EPFL, Швейцария, а затем продолжил работу в качестве постдокторанта в UQ, Австралия. Сегодня он работает в КТУ.

«Проработав более 6 лет в престижных зарубежных исследовательских учреждениях, я решил реализовать свои научные идеи в Литве и тем самым способствовать успешному развитию и популяризации науки в Литве. Я считаю, что работа в своей стране может дать больше смысла, вдохновения и самореализации. Финансовая поддержка, предоставленная Фондом MJJ, в значительной степени способствовала этому решению», — говорит д-р Ракштис.

Исследователи КТУ синтезируют, тестируют и стремятся применить новые материалы для производства более эффективных и стабильных солнечных элементов.

«Это очень привлекательная область, потому что перовскитные солнечные элементы в настоящее время являются одной из самых быстрорастущих технологий, и их успешная коммерциализация может способствовать решению проблем, связанных с изменением климата», — говорит д-р Ракштис.

Это не первый случай, когда ученые КТУ устанавливают мировой рекорд в области солнечных технологий. Химики KTU вместе с физиками Берлинского исследовательского института Helmholtz-Zentrum (HZB) в Берлине улучшили эффективность тандемных кремний-перовскитных солнечных элементов, которая сейчас составляет 29,8%. Это мировой рекорд для этого типа солнечного элемента.

Источник

Метки: энергия