3 сентября 2024
Международный коллектив авторов из 12 университетов и исследовательских центров из России, Швейцарии, Китая, Бельгии, Японии, Германии и Люксембурга опубликовал статью о революционном методе получения перовскитных солнечных элементов с большой площадью, а также с высокой эффективностью и долговечностью. Методика позволяет серьезно упростить создание перовскитных солнечных элементов, а самим элементам стать одним из ключевых преобразователей солнечной энергии в электричество. Статья с результатами работы Dopant-additive synergism enhances perovskite solar modules опубликована в журнале Nature.
Россию представляли ученые химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. Как рассказала с.н.с. лаборатории квантовой фотодинамики химического факультета МГУ к.х.н. PhD Ольга Сызганцева, речь идет о технологии создания самых перспективных на сегодня перовскитных солнечных батарей, в основе которых применяется соединение формамидиниевый свинцовый иодид. Они обладают оптимальными физико-химическими свойствами для применения в перовскитных солнечных батареях, но есть нюанс: «Оптимальные свойства формамидиниевые свинцовые перовскиты проявляют в так называемой «черной» или альфа-фазе. Однако альфа-фаза по разным причинам может деградировать в неактивную дельта-фазу. К тому же, в процессе кристаллизации перовскита могут появляться микро-и макро-дефекты. Чем больше дефектов, тем менее долговечна батарейка. Поэтому процесс кристаллизации нужно оптимизировать, и это самое «горячее» на сегодня направление работы».
Один из способов оптимизации – введение в систему дополнительных веществ, которые оптимизируют процесс кристаллизации, обеспечивают равномерную зернистость и сильно уменьшают количество дефектов. Ноу-хау этой работы в том, что одновременно применялось соединение, которое встраивается в твёрдую фазу, а также ещё одно, представляющее собой ионную жидкость (жидкость, состоящую исключительно из ионов), управляющую процессом кристаллизации.
«Ионная жидкость способствует формированию кристаллизационных центров , что в итоге делает пленку более однородной и содержащей меньшее количество дефектов. А следовательно, более долговечной и эффективной», -- отметила Ольга Сызганцева.
По словам автора, экспериментальной части группы удалось решить одну фундаментальную проблему, что привело к серьезному продвижению в области коммерциализации перовскитных фотоэлементов: «До сих пор не удавалось сделать достаточно высокоэффективные стабильные пленки площадью более 1,5 см2. А в данном случае применение ионной жидкости привело к тому, что площадь одной стабильной ячейки выросла до 27,22 см2. Это очень серьезное масштабирование, выдающийся результат, -- подчеркнула Ольга Сызганцева. -- Причем, сертифицированная мощность модуля 23,30 %, а стабилизированная – 22,97 %.Так что после тысячи часов непрерывной работы эффективность модуля сохраняется на уровне 94,66 %.
Непрерывность в данном случае очень важна, потому что известно, что перовскиты в солнечных элементах деградируют гораздо медленнее, если световая нагрузка идет не непрерывно, а периодами (день/ночь)».
Современные солнечные элементы на основе кремния даже в лабораторных условиях дают КПД 24-27 %. То есть, мощность перовскитных элементов достигла уровня кремниевых. Но стоимость производства их на порядки ниже, отметила Ольга Сызганцева.
Автор фото: Юлия Чернова/пресс-служба химического факультета МГУ